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深基坑支护工程特点和以结构受力特点划分的类型介绍

434 2021-03-29 08:59:51

在建设可持续发展城市的过程中,城市地下空间的开发与利用有着非常重要的作用,它既是调节城市土地使用结构、扩充城市空间容量的重要手段,也是建立现代化城市综合交通体系、防灾救灾综合空间体系的重要途径,同时也是城市基础设施现代化建设的主要方法。

自20世纪 90年代以来,岩土深基坑围护问题已经成为我国建筑工程界的热点问题之一,总的来说,其具有深、差、密、紧、多等特点,即基坑越挖越深;工程地质条件越来越差;基坑四周已建或在建高大建筑物密集或紧靠重要市政道路及设施;施工工期紧;工程事故多等。软土地区的深基坑还具有地下水位高、基坑变形的时空效应明显等特点。

南京景伟科技大厦装配式钢结构基坑支护项目介绍

↑ 南京景伟科技大厦装配式钢结构基坑支护项目介绍

深基坑支护工程是一个高难度的岩土工程技术课题,其影响因素较多,与场地条件、地层情况、水文地质条件、施工管理、现场监测及相邻建筑场地的施工相互影响等密切相关,同时深基坑支护工程又是一个复杂的、与众多学科相关的交叉学科,涉及土力学、水文地质、工程地质、结构力学、施工技术等知识,它要求研究的问题较多,不但要研究土的强度、变形、稳定性问题,还要研究土与结构的相互作用;同时还需研究施工方法及施工过程对岩土体的影响和制约,变形反馈对结构设计的控制等重要问题,因此,深基坑支护工程的设计与施工具有一定的难度。

如设计方案或施工方法不当,容易导致事故的发生。这里简单地以施工过程对设计的影响为例,来说明深基坑支护设计的不确定性和复杂性。一般来说,除了某些与建筑物基础或地下室结合成整体的支护结构外,基坑支护结构属于临时性工程设施,从构筑到退出工作,其工作状态是动态的或者说是不断变化的,因此,要正确分析支护结构在不同工况时的受力状态与变形情况是有一定难度的。从力学的观点来看,场地可以看作本构关系比较复杂的多相半无限体,在基坑开挖之前,半无限体处于平衡状态,基坑开挖打破了原来的平衡,从而使基坑周围一定的范围内土体应力场与渗透场失衡。

基坑支护的目的,便是通过支护作用,在基坑开挖的情况下,使土体应力场与渗透场重新处于平衡或动态平衡状态。显然,要精确分析这一类问题,是十分困难的,这不仅在于力学模型的复杂,更是由于水土参数具有较大的不确定性与离散性。

从这个简单地分析可以看出,目前基坑支护系统的计算方法都具有明显的近似性,这也给基坑支护设计带来了不确定性。不过虽然深基坑支护工程具有这些复杂性,但它在国内还是蓬勃地发展起来了。

人们通过大量的实际应用,总结出了很多的经验和教训,并已经编制了深基坑支护设计与施工的多部国家行业标准及地方的相关法规。


我国从20 世纪80 年代初开始逐步进入深基坑设计与施工领域, 20世纪90 年代以后,基坑支护工程在我国开始大范围涌现,经过十几年的发展,目前我国深基坑工程具有以下特点:

(1)建筑趋向高层化,基坑开挖深度越来越深。

(2)基坑开挖面积大,长度与宽度有的达数百米,给支撑系统带来较大的难度。

(3)在软弱的土层中,基坑开挖会产生较大的位移和沉降,对周围建筑物、市政设施和地下管线产生严重威胁。

(4)基坑施工工期长、场地狭窄,降雨、重物堆放等对基坑稳定性影响很大。

(5)在相邻场地的施工中,打桩、降水、挖土及基础浇筑混凝土等工序会相互制约与影响,增加协调工作的难度。

(6)基坑支护形式具有多样性。


迄今为止,支护形式有数十种。以结构受力特点来划分,可将基坑支护类型划分为以下三类:

1)被动受力支护结构。其特点为支护结构依靠自身的结构刚度和强度被动地承受土压力,限制土体的变形,从而保持土体边坡安全稳定。常用的方法多为传统的支护技术,例如,人工挖孔桩、机械钻孔桩、钢板桩、钢管桩、支撑围护结构及地下连续墙体。

2)主动受力支护结构。其特点为通过不同的途径和方法提高土体的强度,使支护材料与土体形成共同作用体系,从而达到支护的目的。常用的方法有土钉支护技术和软土地区采用的搅拌桩技术等

3)组合形式。组合形式是将前两种支护方法同时应用到同一个基坑工程中。这种支护形式已经在许多工程中成功应用,表现出很大的优势和潜力。


由于基坑支护的多样性,所以基坑支护工程的施工途径是非唯一的。基坑支护设计是基坑支护成败的关键,直接制约着基坑工程的安全和经济。正因如此,基坑支护工程已成为当前岩土工程领域十分关注的工程热点,也是提高工程质量、减少工程事故的重点。

由于支护工程实施的非唯一性,在基坑工程设计中必须采用优化设计,优化设计是基坑支护工程发展的必由之路。当前,在实际工程中,深基坑的支护结构设计存在着两种极端的现象∶一是由于设计和施工方面的原因而导致深基坑工程事故,造成重大经济损失;二是支护结构的选择和设计极为保守,造成浪费。

后者往往更加难以引起人们的注意。因此,深入讨论基坑支护设计方法,对更好地设计基坑支护结构,减少基坑工程事故的发生有着重要的意义。

对基坑工程的研究可以从不同的角度进行分类。从研究手段来区分,可以分为试验研究、理论分析和数值计算三种。试验研究是通过对大量基坑进行测试与监测,总结出一套适合某一地区的支护和开挖方法;理论分析是以岩土力学、结构力学以及最优化方法为基础对基坑体系进行深入的研究,优化确定基坑支护工程的控制参数,从而指导工程设计;数值计算则是计算机出现后发展起来的一种方法,它以岩土力学、计算力学以及计算机辅助设计为基础,通过具体数据对基坑开挖和支护进行数值分析,是目前比较常用的研究方法。三种方法各有优缺点,同时使用,可以相互弥补不足,但遗憾的是这三者常常都是分开进行的。从研究内容来区分,可以分为基坑稳定性分析、基坑变形分析、基坑中土与支护结构相互作用分析、基坑渗流分析、基坑空间效应分析以及基坑优化设计和基坑边坡土体参数的反分析等等,由于计算手段的提高,许多以前无法进行分析的问题现在也都可以在一定程度上得到解决。