基坑支護結構設計與施工關鍵技術研究

引言
　　基坑工程是一項非常系統的工程，其中包括巖土工程、環境工程、結構工程等，需要進行結構設計、降水處理、土方開挖和回填等，是支護結構基坑自身安全的重要保障。在傳統基坑結構的設計過程中，不僅需要考慮傳統土力學中的強度、變形和穩定性問題，還必須考慮土和支護結構共存問題，是一個非常復雜的問題。隨著城市化的高速發展，基坑的開挖深度越來越深，這給基坑結構設計帶來了更高的難度。為了有效降低設計的難度，提高設計的合理性，可以將設計軟件有效應用在工程設計當中，特別是采用有限元法，可以得到更加詳細、豐富、準確的力學分析結果。
　　2   基坑設計的特點
　　基坑工程的區域性強，同一般的建筑工程相比，深基坑工程的區域性更強。由于各地區的地質差別較大，例如各地區的黃土、砂土、軟粘土等條件往往有著較大的區別，這都會對工程設計和施工造成較大的影響【1】。根據工程勘察結果顯示，一個地區的水文地質條件都會存在較大的區別，這需要在施工的過程中，根據實際情況，采取不同的施工策略，真正做到因地制宜。
　　個性化。很多基坑工程在市中心進行建設，這些地區的環境條件往往差別較大，周圍的建筑分布和管網分布差別較大，這些都對基坑的變形抵御能力存在非常密切的聯系。
　　基坑工程的綜合性。基坑工程是一個綜合性的工程，會涉及土壓力理論、土體變形理論、地下水滲流理論等三個問題，這些問題都不能進行孤立考慮，它們之間存在著比較強烈的耦合關系，一旦其中任何一個環節沒有處理好，都會對工程質量造成非常大的影響。
　　時空效應。在基坑工程施工過程中，經常會遇到蠕變性的土體，隨著時間的延長，這些土體的強度會變低，嚴重影響到土體的穩定性【2】。
　　環境效應。在基坑工程對周圍環境的影響往往是比較直接的。例如在基坑開挖的過程中，如果對土體當中的應力進行釋放，就會影響到土體應力的分布。此外，在基坑開挖過程中，還會進行抽水，這會導致周邊地下水位的下降，對地下滲流造成影響。在這些因素的作用下，很容易對周圍土體造成較大的影響，進而造成周圍土體下沉現象的出現，如果處理不當，很容易造成事故的發生【3】。
　　工程量大、工期比較緊。隨著基坑工程規模的不斷增加，土方的開挖量往往會比較大，然而留給的工期往往比較緊張，對工程管理往往有比較高的要求，不僅要保證工程的質量和經濟效益，還應該保證工程按期完工。
　　3   基坑工程設計的計算方法和相關設計軟件
　　極限平衡法是是當前應用最多的工程計算方法，由于求解的超靜定問題，且求解相對比較簡單，工程應用最多，特別是簡單的懸臂和單點支護結構，非常適合采用這種分析方法。
　　等值梁法是通過假設鉸來求解支擋結構內力，因此該方法也稱作假想鉸法。具體來說，首先假設假想鉸的位置，即擋土結構變形曲線的反彎點。通常是先假設反彎點為土壓力為零的那一點或是擋土結構入土面的那點，也有方法是假定反彎點距離入土面深度為y，該y值可根據地質條件和結構特性確定，一般為0.1～0.2倍開挖深度【4】。由于鉸結點處彎矩為0，因此可以按照連續梁假設來求解擋土結構的彎矩、剪力和支撐軸力。
　　擋土結構的內力分析內力分析還可采用解析方法和數值方法。常用解析方法有山肩邦男法、彈性法和彈塑性法等。這些方法的基本理論是首先將擋土結構劃分成數個子區間，在此基礎上，分析和建立微分方程，然后引入連續性條件和邊界條件，并求解微分方程，從而可以得到內力和支撐軸力。
　　隨著軟件技術的高速發展，在基坑工程設計中的應用越來越多，在工程設計過程中，主要采用的是如下幾款軟件：一、天漢軟件。由樁錨CAD、噴錨CAD、簡稱擋墻、撐桿CAD、降水CAD 5個獨立的工具軟件組成。其中樁錨CAD功能非常強大，其支持對墻錨結構的受力分析，主要支持的結構類型有懸臂連續墻、單排支擋結構、復合支擋結構等，可以對樁身和冠梁配筋計算，輸出相應的支護樁大樣圖，以及樁身和冠梁截面的配筋圖。該軟件的使用也非常簡單 ，只需要建立相關的模型，并點擊計算按鈕，軟件可以自動完成工程計算，操作十分便利，是一款非常有潛力的軟件。二、理正深基坑軟件。其支持單元計算和整體計算功能。在單元計算過程中，可以對經典法和彈性法進行選擇，用戶可以自由設置參數，如支護結構參數、冠量參數、水平集中力等。通過點擊計算按鈕，軟件可以自動計算出結構剛度信息和受力信息。如果需要進行整體計算，需要首先建立基坑的三維有限元模型，合理設置結構的尺寸和參數，軟件可以自動完成計算，其計算結果往往較慢，但計算結果比較詳細，還能對基坑整體穩定性、內辦、變形和安全性進行評價。三、PLAXIS軟件。其是一款功能非常強大的有限元計算程序，內部模型庫非常豐富，提供了土體、板、錨桿、土工格柵、隧道等材料模型，此外還提供了土體結構模型，如軟土蠕變模型、雙曲線塑性模型、節理巖體模型等。此外，該軟件還提供了比價強大的施工模擬功能，對開挖過程和施工狀況進行模擬，及時發現施工過程中可能出現的問題，更加及時采取措施，提供工程施工的效率和質量。上述的提到的分析計算方法和軟件都有各自的適用范圍，需要根據實際情況進行選擇。
　　4   基坑施工的關鍵技術
　　支護樁的施工。通常在支護的施工過程中，可以采用人工挖孔樁和鋼筋混凝土護壁的形式。如果土方開挖的形式，則應該使用電葫蘆和掉筒進行運輸。在這個過程中，一定要做好對成孔、清孔，鋼筋的制作和安放，混凝土的配置、灌注等工序的質量，這樣才能保證成樁的質量。
　　錨桿的施工。錨桿固定技術屬于一種新型的施工技術，其一端和結構或者土墻進行固定，另一端固定在巖石地基當中，利用巖石的穩固性，來提高支護結構的穩固性。在基坑挖到標高后，進行施工土層錨桿，進行鉆孔、錨頭的制作、穿錨索、注漿。在注漿完成后，再安裝鋼腰梁、鋼臺座、鋼墊板，穿外錨具，最后對錨固進行張緊。在完成施工后，還要對錨桿的進行力學實驗，保證其滿足力學試驗要求。
　　做好土方的開挖。在土方的實際開挖過程中，往往開挖量非常大，這些塵土會嚴重影響到周圍居民的生命健康。因此，因該采用分層開挖的形式，一邊進行土方的開挖，一邊進行土方的清理。在挖土的過程中，一定要做好對挖土速度的控制，根據維護監測結果的變化，對挖土速度進行調整，如果發現有異常情況，應該立即停止挖土，查找出異常產生的原因，然后立即采取相關的措施，這樣才能保證施工的正常進行。