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岩土研究院

钢支撑和地连墙耦合支护体系支护效果的评价标准

339 2021-07-15 14:45:11

通常基坑的支护结构设计中需要进行基坑结构计算、整体稳定性验算、抗倾覆验算、抗隆起验算、流土稳定性验算、抗突涌验算。其中基坑结构计算中包括对基坑开挖和加

撑每个步序的支撑轴力、地连墙侧移、地连墙弯矩和剪力以及基坑开挖最终的地表沉降量。

钢支撑轴力

钢支撑是基坑开挖后抵抗坑外水士压力的关键受力构件,钢支撑轴力的大小在某种程度上也代表钢支撑对整个耦合支护体系贡献程度。通常,在基坑开挖深度较浅时,基坑外水土压力较小,地连墙变形较小,坑外的水土压力大部分由地连墙自身刚度承担,钢支撑的轴力较小。随着基坑的继续开挖,坑外水七压 力增大,地连墙产生大量侧移,坑外水土压力通过地连墙传递给钢支撑,此时地连墙依靠自身刚度抵抗的水土压力较小,而钢支撑承担了大部分的坑外水土压力,同时钢支撑轴力很大,对于耦合支护体系来说,此时钢支撑抵抗坑位水土压力的贡献较大,而地连墙主要起传递并收集水土压力的作用。所以钢支撑的轴力可以用来评价耦合支护体系的受力状况。

地下连续墙侧移量

地下连续墙的侧移是基坑开挖时重要的监测对象。所有的基坑坍塌事故都伴随着地连墙的大变形,基坑坍塌事故几,平都是从地连墙的变开开始。所以地连墙的侧移量和变形速率对判断基坑支护体系的是否健康以及评价支护效果十分重要。

地下连续墙内力

地连墙的内力体现着地连墙的受力特征,地连墙的内力是坑外水土压力和基坑内支撑共同作用的结果。通常基坑越深的位置坑外水十压力越大,基坑内钢支撑竖向间距越小。钢支撑可以限制地连墙的变形并控制地连墙的弯矩,如果钢支撑的间距不合理,就会直接反应在地连墙的弯矩上,造成地连墙弯矩出现较大的峰值。

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如图3-2,(1)、(2)两图均为太原地铁2号线大南门站的深基坑支护中通过结构计算得到的地连墙的弯矩图。其中图3-2(1)第三道支撑与第四道支撑竖向间距为6m,此时第三道支撑与第四道支撑之间出现较大的弯矩峰值,最大弯矩为2404.27kN·m。此处的弯矩大幅度大于其他几道钢支撑之间的弯矩,根据地连墙弯矩可以判断,此时地下连续墙处干受不健康的弯矩状态。通过对钢支撑的竖向间距进行优化调整,将第三道支撑与第

四道支撑之间的竖向间距减小为4m,通过结构计算得出地连墙的弯矩图3-2(2)。通过图3-2(2)可以看出此时弯矩峰值仍位于第三道支撑与第四道支撑之间,但是弯矩最大值为1530.28KN·m,比图3-2(1)减少57.1%。而目弯矩的峰值与其他几道钢支撑之间的弯矩相差不大,地连墙在水土压力较大的基坑中下部分弯矩分布比较均匀,弯矩没有出现远高于其他位置的极值点。所以图3-2(2)地连墙弯矩处于健康状态。

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地连墙的剪力通常会在钢支撑的位置处产生突变,对于于钢支撑空间布置不合理的基坑,尤其是钢支撑竖向间距拉大的位置,地连墙剪力出现较大突变,如图3-3(1),说明此时地连墙处于剪力的不健康状态。对于钢支撑空间布置合理的基坑,其各道钢支撑位置的处地连墙的剪力相差不大,地连墙剪力分布均匀,如图3-3 (2)。

通过对地连弯矩和剪力的分析,可以看出,根据地连墙的内力可以判断地连墙是否处于受力健康的状态,进而可以对基坑支护的效果进行评价。所以地连墙的内力作为基坑支护效果的评价标准是准确合理的。

基坑周边地表沉降

基坑支护的首要任务是控制对周边环境的影响,基坑的开挖不可避免的造成基坑周边地表的沉降。通常地表的沉降量是基坑支护效果最重要的评价标准。对于支护结构的安全等级为一、二、三级的基坑需要监测支护结构顶部的水平位移和基坑周边建构筑物、地下管线、道路沉降。对于支护结构安全等级为一、二级的基坑,还需要对坑边地表沉降、支护结构深部水平位移进行监测。对干支护结构安全等级为—级的基坑,还应对挡土构件的内力、支撑轴力、支护结构沉降进行监测。监测项目如表3-1。支护结构安全等级分级表3-2。

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根据表3-1和表3-2,对于地铁车站这种支护结构安全等级为一级的基坑其监测项目 比较多。基坑周边地表沉降量对与反应支护效果具有代表性。所有本文选择基坑周边地表沉降量作为基坑支护效果评判的标准是合理科学并具有代表性的。 目前国内很多地区都针对各自地区的土质制定了符合本地区地质状况的基坑支护 技术规范。比如《北京市建筑基坑支护技术规程》、《上海市基坑支护技术规程》、《深圳 市基坑支护技术规程》等。太原地铁发展较晚,大型基坑起步较晚,目前尚未制定本地 区的基坑支护规范和标准,所以太原地铁深基坑周边地表沉降量应符合全国行业标准 《规程》JGJ120-2012中规定。根据规范,并参考郑州、上海等地铁车站深基坑施工、监 测情况,给出围护结构监控量测表,见表3-3。

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