復雜條件下多梯度基坑施工力學效應分析

劉曉楠

摘 要：在進行多梯度的基坑施工時往往有多種制約因素，施工條件復雜。其護結構、支撐力的不同對基坑的位移變形也會產生不同的影響，根據不同的情況進行力學效應的對比分析，得出相對應的結論和數據，這對于安全系數也存在著一定的影響。

關鍵詞：復雜條件；多梯度基坑；施工；力學

1 引言

隨著經濟水平的提升，城市施工建筑工程也越來越多，尤其是地鐵工程在近年來增長速度極快，在地下施工過程中需要依賴多梯度基坑施工技術，其工程量較大、施工環境復雜、施工難度也較大，并且對工程的安全性有一定的標準和要求，在這些因素的影響下，多梯度基坑施工需要借助力學效應，在其科學的理論下進行模擬施工，從而得出精確的數值以供參考。

2 對多梯度基坑施工中豎向位移及支護結構受力分析

基坑坑底隆起和豎向荷載可以直接影響立柱的豎向位移，在施工的過程中不可避免地要進行土方開挖，當土方開挖完成后會造成挖面以下的土層變得疏松，這樣在一些外力的影響下就很容易發生隆起變形的情況[1]。引起這種土層變形的誘因很多，例如施工地的土質、基坑的深度、基坑的寬度、基坑開挖的工期、以及施工方式等因素都會引起一定程度的變形隆起。弄清楚了引起挖面變形隆起的原因就能對癥下藥，通過對這些因素的分析，從找到可行的措施來減小立柱的豎向位移?？拥茁∑饘α⒅挠绊懞艽?，減小基坑隆起能起到一定的抑制作用，能將這種不利影響降到最低。經過多次的實驗和精密計算，主要有以下三種方法：第一，在已經挖好的基坑內增加支撐，并且對支撐的剛度也要有一定的要求，要在原有的基礎上將支撐的剛度加大，通過施加預支力的方法來撐托土層，減小基坑隆起變形的程度。第二，在進行土方開挖前，要經過一系列的研究計算，合理地確定地下連續墻的剛度和入土的深度，只有對這兩個數據有了科學規劃和精準定位才能更好地去施工，在施工的過程中才能有據可依，才能更好地去保護土方，這對于減小基坑隆起變形能起到一定的控制作用[2]。第三，可以使用科學的手段進行外力的牽引，對采取一定的措施對坑內外的地基進行加固。

3 對多梯度基坑施工中水平位移及支護結構受力分析

在深基坑的施工過程中，出現深基坑圍護結構水平位移的現象是比較常見的，在深基坑的開挖過程中如果出現變形，會產生許多許多嚴重的后果，深基坑是建筑物的基礎和支撐，一旦變形嚴重，將會對建筑物的安全產生重大影響[3]。一般基坑工程的第一道支撐是以混凝土為主的，所以有較多地支撐力，使得支撐結構也較為復雜，因此在這樣的情況下，測點的頂部將不容易發生變形，在施工技術掌握的較好的情況下，頂部變形的概率是極小的，但是隨著基坑深度的增加，在施工過程中會產生一些其他的不可抗力的影響，慢慢就會開始出現位移和變形，變形的程度和基坑的深度是呈正比的，基坑深度越深，產生的位移就越大，一直到基坑的底部，變形的程度將達到最大化，甚至出現一定范圍地偏移。面對這種情況，需要有一定的應對措施，借助力學效應的分析，在進行施工前要做好測繪工作，在經過計算和模擬得出精確地數值，在施工過程中，嚴格按照分析結果，在科學合理的數值范圍內進行土方開挖，以此來減少變形位移的情況出現。例如，基坑水平位移的左側是在距離坑邊10米的位置，基坑水平位移的右側是在距離坑邊12米的位置，那么通過計算可以得出，基坑左右兩側水平位移的最大值將是27毫米和40毫米，所以，有了這些數據的支撐，在進行施工的時候就有一定的依據和標準，避免了盲目施工帶來的消極影響。

4 對多梯度基坑施工中支撐軸力的受力分析

在一些較為復雜的地層條件下，深坑工程的內機構體系會出現明顯的不對稱的情況，所以對其支護結構的受力和變形情況進行數據分析時有一定的難度，其計算方法也較為復雜，所以需要采用更加科學的手段來進行分析，在此過程中，應該重點分析在進行施工的過程中，地下連續墻的側向位移、彎矩和鋼管的支撐軸力等，尤其是對支撐軸力的分析和計算，精確的計算數據是進行科學設計和安全施工的重要保障。深基坑施工工程的支護結構可分為兩層，每一層的支撐軸力都是不同的，要分別進行計算。例如：一般第一層的支撐軸力表現為拉力，其最大值是1451kN，第二層的支撐軸力則表現為壓力，其最大值是2047 kN，根據兩層不同的支撐軸力的分析研究，在結合檢測報告顯示的結果進行綜合考慮，可以精確計算出其他軸力的數據，并且通過這些數據來計算平均值，在上述一系列綜合數據的基礎上來進行設計規劃和施工，則能有效保障建筑物的質量和安全。

5 利用強度折減法對M匝道的邊坡穩定性進行科學分析

所謂的強度折減法，是指在保證外荷載數值不變的情況下，邊坡內部的土方所能提供的最大抗剪強度和和外荷載在邊坡內所產生的實際剪應力之比。基于強度折減原理的有限元法不但滿足力的平衡條件，而且考慮了材料的應力應變關系，使得計算結果更加精確合理[4]。在一般情況下，在深基坑施工過程中，在邊坡的上方會設立專門的場所以便停放機械設備，由于施工場地的機器設備較多，而且體積較大，另外由于施工的需要，有許多車輛會在施工場所和深基坑周邊來回穿梭，因此，在這種施工前提下，對邊坡的穩定性進行分析研究顯得格外重要。在有限元的強度折減法的基礎上來分析深基坑邊坡的穩定性會使結果更加準確，是目前最合理的計算方式，也是在深基坑的施工過程中最常用的一種方法，其計算結果對于提升邊坡的穩定性具有重大的參考價值。

6 對多梯度基坑施工中塑性應變量和位移的計算分析

在實際的深基坑施工過程中，我們會發現另外一種常見的現象，當深基坑有支撐并且有一定的支護結構的情況下，支撐會將支護結構的作用傳遞到坑邊土上，這樣一來，基坑左側的土體就會發生非常明顯的塑性應變，與之相反，在深基坑沒有支撐但是有一定的支護結構的情況下，基坑右側的土體變形將由支撐結構來進行承擔，在這種情況下會導致基層底部發生明顯的塑性應變，還有一種情況就是，深基坑既沒有支撐也沒有支撐結構，面對這種現象，塑性應變在沒有完全充分開展就由于計算的不收斂而停止了。所以，不同的基坑施工方法會對其塑性應變呈現不同的影響，在施工過程中應該考慮到實際的環境因素和基坑的支撐及支撐結構的情況，再進行科學運算，這樣才能得出塑性變量的精確數值。對于有支護有支撐的情況，由于支撐的頂錐作用，基坑北側邊坡的剪出口位于第一級臺階的坡面上；對于有支護結構但是無支撐的情況，基坑邊坡的剪出口到達了基坑的坑邊，并不斷地向坑底進行延展；對于既無支護也無支撐的情況，則會出現兩條剪出口，第一段是從基坑頂到第一條邊坡的坡腳處，第二條是從第一條滑動面的結束位置開始，穿過基坑的底部而到達基坑的另外一側。

7 結束語

力學效應在復雜條件下的多梯度基坑施工中是十分常見的，基于不同的施工方式和基坑結構進行科學合理的分析和精準的數據運算能更好地對工程進行規劃設計，在實際的施工中有重要的數據作為依托，對于提升建筑物的質量有積極地促進作用，同時科學地施工也能保證工期，節省消耗。

參考文獻：

[1] 濮仕坤，李二兵，譚躍虎.復雜條件下多梯度基坑施工力學效應分析[J]. 施工技術，2017（1）：28～31.

[2] 袁明波.上新街車站明挖深基坑施工力學效應分析[J].鐵道建筑技術，2014（S1）：359～362.

[3] 郭家昌.深基坑雙排樁支護結構開挖力學效應及穩定性影響因素研究[D].重慶大學，2014.

[4] 王鵬.大型多梯度深基坑施工關鍵技術[J].城市建筑，2017（3）：70～71.