基于長(zhǎng)短樁基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力探究

吳建紅

上海唐源裝潢有限公司 上海 201103

隨著經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，我國(guó)人民生活水平已經(jīng)取得顯著提升，但是相應(yīng)而來(lái)的是城市人口的急劇增多。為充分滿足居民住宅的需求，我國(guó)城市用地正在逐漸擴(kuò)大，城市占地面積也在不斷得向四周擴(kuò)展延伸。因此我國(guó)建筑企業(yè)不斷挖掘使用地下空間，隧道工程、地下建筑等項(xiàng)目正在逐步增加，隨之而來(lái)的是基坑開(kāi)挖的深度越來(lái)越高，深基坑工程項(xiàng)目即在大幅度增加。設(shè)計(jì)基坑圍護(hù)時(shí)，會(huì)使用不同的基坑圍護(hù)手段，因此使用不同的基坑圍護(hù)方式會(huì)對(duì)施工場(chǎng)地周邊環(huán)境造成不同的影響。如果基坑出現(xiàn)隆起情況，這會(huì)明顯降低基坑的安全性，情況嚴(yán)重時(shí)更有可能導(dǎo)致出現(xiàn)基坑倒塌的現(xiàn)象，所以對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑抗隆起穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)必要的研究就顯得尤為重要。當(dāng)前我國(guó)普遍使用長(zhǎng)短樁的應(yīng)對(duì)策略，使得我國(guó)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)得以充分的優(yōu)化。然而在實(shí)際使用圍護(hù)長(zhǎng)短樁時(shí)，因?yàn)槠湎嚓P(guān)的規(guī)范要求不夠健全，使得其使用當(dāng)中存在明顯的規(guī)范化空間。基于此些事實(shí)及理論，筆者將于下文對(duì)基坑圍護(hù)樁的受力以及圍護(hù)長(zhǎng)短樁的受力做出分析，以供讀者參考。

1 基坑圍護(hù)樁的受力分析

1.1 基坑抗隆起基本理論

完成基坑開(kāi)挖工作后，基坑底部如果出現(xiàn)向上隆起的情況則就將該種狀況稱為基坑隆起。通過(guò)相關(guān)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)資料，造成基坑隆起的原因不外乎有五種，一是開(kāi)挖坑內(nèi)土體后，坑底的荷載會(huì)相應(yīng)減小，最終而造成已經(jīng)固結(jié)的土體向上回彈，而后土體就會(huì)變得松弛，這會(huì)促使基坑的隆起程度變得更加明顯。二是因?yàn)榛又車耐馏w會(huì)在自身重力的作用下而逐步向下壓迫土體，使得土體繼續(xù)朝坑內(nèi)蠕動(dòng)，導(dǎo)致?lián)鯄Φ母砍霈F(xiàn)不可逆?zhèn)纫苹蛘咚芰髯冃蔚那闆r，進(jìn)而促使坑底土體繼續(xù)往上隆起。三是擋墻會(huì)在受到側(cè)水壓力的作用下而出現(xiàn)內(nèi)外土體與墻角發(fā)生塑性變形的情況，最終而導(dǎo)致基坑朝上隆起。四是基坑內(nèi)部積水，相應(yīng)得黏性土體會(huì)充分吸水，因而土的體積會(huì)變大，基坑此時(shí)即會(huì)出現(xiàn)隆起的現(xiàn)象[1]。五是因?yàn)轲ば酝馏w基底的壓力要比水壓力小，使得基坑底部的水體朝上涌出，致使地面朝上隆起。

1.2 基坑圍護(hù)樁受力分析

英國(guó)學(xué)者朗肯對(duì)半無(wú)限彈性土體做出了科學(xué)的研究，即分析了其處于極限破壞平衡狀態(tài)下的實(shí)際情況以及相關(guān)的土體應(yīng)力狀態(tài)。朗肯土壓力理論假設(shè)內(nèi)容是，擋土墻墻背光滑、直立，墻后的土體表面比較水平而且也沒(méi)有向外延伸的表象，則可以認(rèn)為半無(wú)限土體達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)土作用在擋土墻上的壓力即為其相應(yīng)的應(yīng)力狀況[2]。

根據(jù)朗肯的主動(dòng)土壓力理論，可以依照如下條件開(kāi)展受力分析工作。認(rèn)為擋土墻的墻背光滑、直立，而其填土面是水平狀態(tài)。墻背在受到填土壓力的作用下而逐漸背離填土，促使墻后的土體逐漸達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)。針對(duì)墻后土體深處的的單元體，其豎向的應(yīng)力σZ=γZ是最大主應(yīng)力σ1，水平應(yīng)力σX是最小主應(yīng)力σ3，即應(yīng)當(dāng)詳細(xì)計(jì)算其主動(dòng)土壓力Pa。

根據(jù)土體的極限平衡理論公式，其大小主應(yīng)力應(yīng)當(dāng)充分滿足以下關(guān)系式：

其中，γ——土的重度（kN/m3）；c，φ--土的黏聚力（kPa）及內(nèi)摩擦角（°）；z--計(jì)算點(diǎn)處深度（m）；

2 長(zhǎng)短樁基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析

2.1 長(zhǎng)短樁模型建立

利用圍護(hù)樁斜截面破壞平面簡(jiǎn)化模型知識(shí)，再考慮長(zhǎng)短樁組合處于受力極限平衡狀態(tài)下的實(shí)際情況，以此為基礎(chǔ)而開(kāi)展相應(yīng)的圍護(hù)樁受力分析工作。樁身處于受力極限平衡狀態(tài)時(shí)，坑底往下樁體的被動(dòng)側(cè)會(huì)受到相應(yīng)的作用力，這個(gè)作用力即為破壞面外土體針對(duì)整個(gè)破壞模型所產(chǎn)生的被動(dòng)土壓力。本文則對(duì)三維空間中一短一長(zhǎng)組合長(zhǎng)短樁的受力情況加以分析，即在短樁深度內(nèi)，將其看作是等長(zhǎng)樁布置，而在長(zhǎng)樁的下端，由于沒(méi)有短樁，所以長(zhǎng)樁與長(zhǎng)樁之間的間距會(huì)較大，樁土的作用根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效發(fā)揮，致使樁的破壞形式轉(zhuǎn)化為單樁斜截面擴(kuò)散破壞模式[3]。

2.2 樁極限受力分析

所建的長(zhǎng)短樁模型中，其各個(gè)參數(shù)代表的含義是，長(zhǎng)樁的長(zhǎng)設(shè)置為D2，短樁的長(zhǎng)為D4，水平方向上的應(yīng)力擴(kuò)散角為β，樁之間的間距是DS，樁徑為d，水平面與破壞面的夾角為θ，被動(dòng)土壓力的系數(shù)為KP，土的天然重度為γ。可以使用平面模型方法以實(shí)現(xiàn)對(duì)于短樁部分的計(jì)算工作，每一個(gè)斷面受力都需要依照朗肯被動(dòng)土的壓力計(jì)算理論而有效獲得。短樁底部任一斷面所受到的被動(dòng)土壓力為γD4KPDS/d，因?yàn)闃稄綍?huì)產(chǎn)生相應(yīng)的作用，所以樁所受到的總合力為γD4KPDS。

因?yàn)橥馏w的破環(huán)面會(huì)依照相應(yīng)的應(yīng)力擴(kuò)散角而向外發(fā)散，所以根本不能按照地連墻形式以完成對(duì)于長(zhǎng)樁部分受力情況的計(jì)算工作。長(zhǎng)樁受力破壞面與長(zhǎng)樁會(huì)有相應(yīng)的交點(diǎn)，而交點(diǎn)的位置則會(huì)明顯影響樁體的受力情況，因此可以在極限平衡的狀態(tài)下建立長(zhǎng)樁受力模型。

因?yàn)槭艿綉?yīng)力擴(kuò)散的作用，兩側(cè)長(zhǎng)樁應(yīng)力擴(kuò)散區(qū)域與長(zhǎng)樁應(yīng)力擴(kuò)散輻射區(qū)域會(huì)出現(xiàn)重疊，而重疊部分的土體外截面所提供的被動(dòng)壓力將會(huì)分?jǐn)傆趦砷L(zhǎng)樁之上。在短樁長(zhǎng)度相等的深度范圍內(nèi)，可以使用地連墻的方式來(lái)考慮長(zhǎng)樁與短樁的受力情況。對(duì)于長(zhǎng)于短樁部分的受力情況，則應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)力擴(kuò)散作用加以必要的考慮，并對(duì)破壞面外寬度范圍內(nèi)被動(dòng)土壓力的共同作用做出詳細(xì)的分析。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，有效分析長(zhǎng)短樁基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀況對(duì)于應(yīng)對(duì)深基坑工程基坑隆起現(xiàn)象具有重要的意義，為此，筆者已于上文對(duì)長(zhǎng)短樁基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況做出了詳細(xì)的探討，希望能對(duì)相關(guān)人員有所幫助，也相信未來(lái)我國(guó)長(zhǎng)短樁基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)必將會(huì)建造得更為牢固。