不对称开挖基坑支护设计探究

2022-09-21 16:31:32 来源:写作指导

[摘要]不对称开挖基坑支护设计没有充分考虑复杂地质条件,支护后稳定度低,在考虑复杂地质条件的情况下研究不对称开挖基坑支护设计,通过不对称开挖基坑支护结构细部设计,计算不对称开挖基坑围护结构,通过设置临时支撑的方式完成不对称开挖基坑支护设计。通过实例分析,表明优化的支护方案支护稳定度明显高于试验对比,可以实现复杂地质条件下对不对称开挖基坑的稳定支护。

[关键词]复杂地质条件;不对称开挖;基坑支护

在复杂地质条件下,不对称开挖基坑支护本身具有很高的难度系数。因此,进行复杂地质条件下不对称开挖基坑支护设计的研究是极具现实意义的。不对称开挖基坑指临近有高层建筑,或密布地下管线的基坑。支护形式其本质上是对不对称开挖基坑起到支撑与保护作用,是保障不对称开挖基坑安全的重要方式。在复杂地质条件下,传统不对称开挖基坑支护常见的方式为混凝土支撑,但传统的支护设计在实际应用中无法取得预期的效果[1]。因此,本文提出复杂地质条件下不对称开挖基坑支护进行优化设计研究,致力于提高不对称开挖基坑支护的稳定度。

1设计不对称开挖基坑支护结构细部

在复杂地质条件下不对称开挖基坑支护过程中,必须设计不对称开挖基坑支护结构细部,减少外界对支护的干扰。本文设计的两个支护结构细部控制目标分别为复杂地质条件以及不对称开挖基坑条件[2]。复杂地质条件中包括工程地质条件、水文地质条件以及周边环境条件;不对称开挖基坑条件包括基坑深度及基坑形状等。根据优化的类型分为三级优化进行,分别为选择与不对称开挖基坑围护施工图纸匹配度最高的基坑围护类型作为一级优化内容,在原有基坑围护结构主体结构侧墙的基础上设置钢筋混凝土挡板,且随开挖过程现浇。在支护方案中,重点细部包括将桩钢筋笼内预埋与挡板连接筋。二级优化内容要考虑到不对称开挖基坑围护结构的防渗水性能,并且在不对称开挖基坑围护材料的选择方面必须符合环保要求。三级优化内容为尽可能地节约不对称开挖基坑支护过程的造价,最大限度上保证不对称开挖基坑支护施工过程的科学性。

2计算不对称开挖基坑围护结构

本文针对复杂地质条件下不对称开挖基坑支护在围护结构参数计算上的优化,主要在于将以往使用的静力平衡法替换为假想梁法,假想梁法作为国内外针对不对称开挖基坑围护结构参数计算中最先进的计算方法,相比于传统静力平衡法具有明显的计算精度高的优势。运用假想梁法计算不对称开挖基坑围护结构参数的具体流程如下。首先,可以假设在复杂地质条件下不对称开挖基坑围护中挡墙在基底以下存在一个假想铰组织结构,该结构主要起到划分作用;在此基础上,利用假想铰对假想梁进行划分;最后,通过假想铰位移计算不对称开挖基坑围护结构参数[3]。假想梁法计算不对称开挖基坑围护结构参数原理示意图,如图1所示。结合图1所示,使用假想梁法对不对称开挖基坑围护结构参数进行计算。在此过程中,结合库伦土压力理论,设不对称开挖基坑围护挡墙的内力为E,则有公式(1)。(1)在公式(1)中,g指的是不对称开挖基坑围护结构长度,单位为m;H指的是不对称开挖基坑支护结构假想点位置;K指的是不对称开挖基坑支护结构基坑围护中挡墙基底假想铰组织结构与地面之间的夹角。基于公式(1),可以得出不对称开挖基坑围护挡墙的内力,在内力能够承载的范围内设计不对称开挖基坑围护结构参数。在计算不对称开挖基坑围护结构的过程中,必须对假想点位置进行精准计算,防止由于假想点位置不准确造成不对称开挖基坑围护结构参数设定误差大的问题。以计算得出的不对称开挖基坑围护结构参数为依据,通过设计不对称开挖基坑围护结构,致力于满足不对称开挖基坑支护的实际需求。

3复杂地质条件下不对称开挖基坑支护设计

3.1设置临时支撑。在得出不对称开挖基坑围护结构后,并且在库伦土压力理论计算结果能够达到预期的前提条件下,设置临时支撑。本文设置的临时支撑为C型桩支撑,考虑到在复杂地质条件下,会存在不确定的外界因素相互影响,导致钢架很容易在自重及偏压的共同作用下出现坍塌。为了避免此种情况的发生,本文采用I20型钢作为C型桩支撑材料,通过I20型钢横撑以及I20型钢竖撑,结合116型剪刀撑作为原有支护系统的临时支撑。I20型钢临时支撑示意图,如图2所示。通过图2可知,设置I20型钢临时支撑确保在施工结束前,能够保证施工的安全性。本文设计标准C型桩支撑各项设计参数,如表1所示。结合表1所示,通过I20型钢临时支撑,使不对称开挖基坑两侧的钢架单元与临时支撑形成稳定的三角支撑体系。在完成临时支撑设置后,对钢管进行焊接。利用基础板钢筋(两根,直径不小于25mm)焊接成接地网;采用I20型钢筋分别与上下两层地梁主筋进行跨接,跨接长度为其直径的6倍以上(注:100mm),保证密封性;工作管及护壁管的选择及安装必须满足质量要求。

3.2完成不对称开挖基坑支护设计。复杂地质条件下不对称开挖基坑支护设计主要流程如下。首先,在不对称开挖基坑执行上部放坡下部土钉墙的支护操作;而后,采用三级优化设计不对称开挖基坑支护结构细部;再通过计算不对称开挖基坑围护结构,求解多支撑雌杆挡墙的内力,执行复杂地质条件下下部锚桩的支护操作;最后,进行内支撑、地下连续墙施工。在此过程中,必须确定不对称开挖基坑支护中的基础垂直偏差范围,依照其垂直偏差规律,计算不对称开挖基坑支护垂直度。设不对称开挖基坑支护垂直度为L,则其计算公式,如公式(2)所示。(2)在公式(2)中:i指的是I20型钢临时支撑与地面接触处垂直偏差取值范围,通常以1个单位为标准;n指的是不对称开挖基坑支护垂直偏差中的分层数量;e指的是支撑雌杆挡墙的轴向刚度;hi指的是I20型钢临时支撑与地面接触处垂直度。结合上述计算公式,可得出不对称开挖基坑支护垂直度。以垂直90度为标准,对出现垂直偏差的部分进行校正,保证不对称开挖基坑支护呈现90度垂直,进而确保不对称开挖基坑支护的稳定性。至此,完成不对称开挖基坑支护设计。

4实例分析

4.1试验准备。本文实例分析选用对象为A不对称开挖基坑,此基坑属于复杂地质条件下,A不对称开挖基坑的地质勘查报告,如表2所示。结合表2信息,A不对称开挖基坑土层属于复杂地质条件,共分为五层。以本优化设计后的支护方案为研究对象,利用EcldevgsdefswLunaSR3软件对支护稳定性进行测量,记录其支护稳定性,并将传统支护方案作为对照组。实验对比指标为两种支护方案的支护稳定度,设置10次实验,记录实验结果。

4.2试验结果分析与结论。将两种支护方法下的支护稳定度进行对比,支护稳定度对比结果,如下表3所示。根据表3可知,复杂地质条件下不对称开挖基坑支护设计方法测得的支护稳定度明显高于对照组,设计的不对称开挖基坑支护方法在支护稳定度方面相比传统支护方法具有明显的优势。综上所述,设计的不对称开挖基坑支护方法对不对称开挖基坑的支护稳定度更高,有理由直接投入现实应用。

5结束语

通过对复杂地质条件下不对称开挖基坑支护设计研究,希望能够在确保不对称开挖基坑支护安全的同时,提高不对称开挖基坑支护的稳定性。在后期的不断发展中,应加大本文设计支护方式在不对称开挖基坑支护中的应用。但本文存在的不足在于没有对复杂地质条件下不对称开挖基坑支护效率方面进行过多研究,在日后研究中可以进行深入探讨,为复杂地质条件下不对称开挖基坑支护设计的进一步优化提供参考依据。实例分析结果表明,本文设计的支护方式在保证不对称开挖基坑支护稳定性方面中的具体优势已经显现出来,有必要在现实中广泛投入使用。

参考文献

[1]徐辰奎.深基坑支护技术在新彬德排涝泵站主泵房基坑支护中的应用[J].水利科技,2019(4):18-22.

[2]凌付南.解析复杂条件下的深基坑支护设计选型研究及实例[J].中国金属通报,2019(1):207+209.

[3]]张萌萌.复杂环境条件下的深基坑支护设计与分析[J].广东土木与建筑,2019,26(5):48-51.

作者:赵媛 单位:中煤长江基础建设有限公司