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基坑支护设计中几个常见问题解析

400 2021-04-16 09:53:26

我国的基坑支护设计是近 30 年才迅速发展起来的,尽管积累了许多成功的经验,但还是有许多的设计理论需要进一步探讨摸索和改进。

1.设计计算模式

传统基坑支护设计中的土压力计算模式,主要依赖干朗肯理论和库伦理论,国内的许多规范、手册大多倾向于朗肯土压力计算模式。朗肯土压力理论有 100 多年的历史,简单方便,但它是在弹性半无限空间前提条件下,并假设挡墙垂直、光滑等,依据极限平衡条件而推导出来的。与基坑工程的实际情况有一定的差异;基坑是具有一定的空间尺寸边界;基坑分步开挖卸荷,并非一次加载;支护结构的位移也不—定能满足朗肯理论所要求的位移等,这些都会导致用朗肯理论来计算基坑土压力产生误差。目前,国内许多基坑工程土压力实测结果与计算结果相差较大(有时相差—倍以上),这恐怕是—个主要原因.因此,寻求符合基坑工程特点,又简便实用的十压力计算模式,是非常重要与迫切的。

2.土压力计算中的水、土分(合)算

国内长期以来,对有地下水的土压力计算,到底是采用合算,还是分算,当前还在争论之中。一般认为,对于粉土、砂土地层采用水、土分算;对于黏性土,采用水、土合算。但就目前已有的基坑工程规范或规程中,各自的规定不同,如上海市基坑支护规范,即主张各种土层都采用水、土合算。《建筑基坑工程技术规范》YB 9258—97 主张各种+层均采用水、土分算。而《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120—99 认为黏性土、粉土官采用水、土合算。对于各种土层到底是采用水土分算还是水土合算,各地、各行业的规范或规程没有一个统一标准,由此对设计中所带来的误差也是显然的。其总的原则应该是,若地下水能在基坑土体中自由流动,则宜水、土分算;若不能,则水、土合算。但要准确严格地划分土层中的地下水是否自由流动,目前仍十分困难。

岩土工程

3.土压力计算中c、φ值的选用

基坑土体抗剪强度c、e值,是土压力计算中最重要的两个参数。土体 c、g值指标,

可以因不同的排水固结条件而表现为不同的数值,目前工程中常用的有三轴剪切试验的不固结不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪,与之相对应的直接剪切试验分别是快剪、固结快剪和慢剪,基坑工程一般要求采用三轴剪切试验结果。充分了解各种不同固结排水条件的实质,在基坑工程中显得非常重要。目前,部分勘察设计人员有时拿不准针对具体的基坑工程,提出合理的三轴剪切试验类型;而有的基坑支护设计人员在计算土压力时,对勘察报告书中所提供的因不同的固结排水条件而得出不同的 c、φ值不知如何选用。

一般来说不固结不排水剪适宜施工速度快,如机械化施工开挖,透水性差的土层;固结不排水剪适宜施工速度快,土体有一定固结的土层;而固结排水剪则适宜施工速度慢,如人工开挖,土体渗透性好,能充分固结的土层。但要给以上三分情况给出一个明确的定量界限,目前还不能做到,完全依赖于设计人员的经验及水平。还有一点,对于砂、卵石层的c、g值,如桂林漓江一级阶地的砂卵石地基,由于很难采取非扰动试样进行室内试验,其c、g值较难准确获得,而野外原位剪切试验实施起来较困难,因此,目前多采用经验值,这对设计人员的经验要求较高。

4.时空效应及角落效应

时空效应最初是在上海软土地区提出并运用的,主要是解决软土的流变性对支护结构内力和变形的影响。采取分步开挖软土基坑,并减少每步开挖所暴露土层的时间,在软十地区基坑开挖中获得了成功。但目前并无一个定量的计算公式,如定量计算出每步开挖多大尺寸,开挖多长时间等,都有待于进一步研究。另外,基坑开挖后,其角落会产生应力集中,认为是危险地段;在基坑地面变形测量中发现,基坑各边中部的变形位移往往是最大,当前也无一个定量计算基坑角落应力集中及基坑中部变形的公式。

5.基坑工程对环境影响的评价

基坑开挖及降(排)水,将会对基坑周边范围产生影响,如基坑开挖卸荷,产生地面位移开裂;基坑降 (排)水,引起周围地面沉降,甚至导致邻近建筑物开裂,目前还很难准确地计算其影响范围、位移的大小、沉降的多少,大多采用信息监测施工,事后补救的被动办法。而有些基坑工程施工造成的影响是巨大的,如城市地下煤气管道因开挖变形而破裂,就十分危害,必须事先预防。

6.基坑支护设计标准

目前,基坑工程设计还没有颁布国家标准,只是颁布了一些地方的或行业的设计规范、规程和指南。这些规范或规程指南中的计算公式、计算方法、参数取值原则,有时相差较大,即使对同一设计内容,各自的规定也不相同,如前述的土压力水、土分(合)算问题。这些都会给设计人员带来一定的困难,不知道如何选用设计计算方法。其实,不论何种规范标准,都不可能包罗万象,要制定一个适合全国各地的规范标准,这恐怕也不现实。这就要求基坑支护设计人员,充分领会各种规范、规程、指南及设计手册中的精神实质,建立适合当地实际情况的基坑支护设计方法原则。要淡化具体设计细节,多强调设计原则,部分专家学者也认为多制订设计指南,少制订规范,以强调其引导性和指导性。