欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

基坑支护技术与基坑支护设计计算讲解

284 2021-03-15 11:13:36


早期的基坑支护只是作为施工单位进行地下工程的施工而采取的一项临时性辅助措施,随着基坑开挖规模和深度的增加,基坑工程越来越复杂,支护技术已经涵盖基坑工程的勘察、设计、施工、检测与监测、周边环境保护、地下水的控制和土方开挖等一系列技术内容。


基坑支护技术是一门从实践中发展起来的技术,也是一门实践性非常强的学科。理论上,土力学中的强度、稳定、变形以及地下水渗流理论仍然对基坑的稳定性、支护结构的内力和变形计算具有重要的指导意义,但却不能完全满足基坑工程的要求。



因为基坑支护技术还涉及土与结构共同作用问题、基坑时空效应问题以及结构计算问题,且施工的每一个阶段,随着施工工艺、开挖位置和次序、支撑和开挖时间等的变化,结构体系和外部荷载都在变化,都对支护结构的内力产生直接的影响,每一个施工工况的数据都可能影响支护结构的稳定和安全。


虽然岩土工程领域的学者和科研人员在土的工程性质、土压力计算、支挡结构内力计算、基坑变形特性分析、基坑稳定性分析、地下水渗流分析、有限元│计算领域等各个方面进行了大量的研究,但由于基坑工程中具有岩土体和地下水体结构、岩土参数、应力与孔隙水压力、外加荷载及其分布、土体本构模型、计算理论与方法等诸多不确定性因素,理论研究仍不能准确得出比较符合实际情况的结果,基坑工程的理论研究仍滞后于实践。正因如此,基坑监测的重要性就不言而喻了,基于监测数据的基坑工程风险管理和安全评估也正成为新的研究热点。


目前,采用理论导向、经验判断、实测定量三者相结合的方法进行基坑支护方案选择和设计决策,越来越受到工程实践的认可和重视。


  • 基坑支护设计计算


基坑支护设计计算包括水压力和土压力计算、基坑稳定性计算、支挡结构内力计算及基坑变形估算、地下水的控制计算等内容。


水、土压力和基坑稳定性分析采用土力学中的经典理论结合工程经验进行计算。支挡结构的内力分析,是基坑工程设计中的重要内容,初期计算理论是基于挡土墙设计理论的静力平衡法和等值梁法、塑性铰法等古典方法。由于基坑支护结构与一般挡土墙受力机理不同,按上述方法计算结果与内力实测结果相比在大部分情况下偏大,且无法计算支护结构的变形,于是就有了之后的山肩帮男法、弹性法、弹塑性法的解析方法。古典方法和解析方法在理论上均存在各自的局限性,并且难以满足复杂基坑工程的设计要求,现在已经很少应用。目前工程中常用的是平面竖向弹性地基梁法和平面连续介质有限元法等平面分析方法;对有明显空间效应和平面形状不规则的基坑,采用平面方法就无法反映所有支撑结构的受力和变形状况。


于是,利用三维分析的空间弹性地基板法和三维连续介质有限元法在一些深、大基坑中得到了实际应用并取得成功。


基坑变形主要包括围护墙体的变形、坑底隆起变形及坑外地表沉降。支挡结构内力计算的解析方法和数值分析方法均可在理论上求解围护墙体的变形,然而实测结果和理论计算结果往往存在差异,因此,目前条件下基坑变形主要采用理论计算与实测经验相结合的方法进行估算。


目前,各类商业软件如同济大学启明星基坑软件、北京理正软件设计研究院的深基坑支护结构计算软件以及PKPM基础施工软件均可以完成基坑支护设计计算。一些研究者利用大型有限元计算软件(如∶ABAQUS、ANSYS等)对基坑的三维形状进行研究,在个别特深基坑中也得到了很好的应用。