建筑深基坑邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)計算研究分析

周志堅

湖南建工集團(tuán)有限公司 湖南長沙 410000

目前，我國很多城市都完成了“城中村改造工作”，并且在原址上建設(shè)了大型綜合商場、高層住宅、超高層住宅等等。在施工過程中，由于建筑高度較高、規(guī)模較大，所以基坑的開挖深度相對較深。

1 工程項目概況

某工程基坑長寬高分別為116.50m、25.78m、8.25m，基坑上部邊坡坡腳30°。運用工字梁對邊坡滑移進(jìn)行控制，運用地下連續(xù)墻以及冠梁所構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)基坑中下部的支撐。基坑自上而下分別有素填土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、中砂、沖擊中砂以及洪積中砂。

2 基坑邊坡組合梁支護(hù)設(shè)計理論

對于本工程，運用工字鋼梁對基坑邊坡上部進(jìn)行被動支護(hù)，能夠在基坑成型初期實現(xiàn)良好的控制作用。但是，隨著開挖工作的不斷開展，深基坑邊坡會受到周圍環(huán)境的擾動，此時工字鋼難以承受周圍環(huán)境所帶來的載荷作用，從而導(dǎo)致土層面和工字鋼橫梁之間出現(xiàn)離層、松動等問題，影響邊坡維護(hù)效果。

為了能夠進(jìn)一步提升支護(hù)體系的穩(wěn)定性，所以運用錨桿支護(hù)理論，在基坑內(nèi)構(gòu)建主動支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。具體來說，通過在邊坡土層中植入錨桿，運用其錨固作用將各個類型的巖土層鎖在一起，通過錨桿預(yù)應(yīng)力，讓巖土層之間具有抗滑動摩擦力。同時，土層之間的剪力由錨桿承受，繼而實現(xiàn)控制邊坡巖土層變形等問題的發(fā)生。

3 巖土層組合梁支護(hù)承載能力計算

本項目中，沿基坑長度方向，每隔15m為一個支護(hù)循環(huán)。通過采用錨桿支護(hù)以及I36c型工字鋼，能夠讓深基坑下部直立墻體保持十分穩(wěn)定的狀態(tài)，因此我們可以將其認(rèn)為是穩(wěn)定巖土體。所以，在設(shè)計計算式可以將其簡化，設(shè)計人員則需要對基坑上部邊坡支護(hù)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，受力模型如下圖所示。

圖中k：基坑循環(huán)支護(hù)跨度，d：循環(huán)兩端簡支距離，s：組合梁厚度，Q：垂直荷載。可以得出K+2k可以計算出組合梁跨度L，F(xiàn)=QS。

圖1 力學(xué)模型

我們可將深基坑邊坡承載的地表動荷載認(rèn)為是垂直方向地表建筑物、巖土層自重所形成的，所以在力學(xué)模型中，巖土體彎曲變形最大的位置在每個支護(hù)循環(huán)重點，所以按照如下公式計算巖土體最大正彎矩：

K/2處，是支護(hù)系統(tǒng)中彎矩最大的位置，計算公式如下：

在計算過程中，需要考慮到地表水平方向應(yīng)力以及豎直方向應(yīng)力等因素，構(gòu)建力學(xué)模型坐標(biāo)系，將單個的支護(hù)循環(huán)作為受力單元。

巖土結(jié)合梁彎曲變形的彎矩計算公式如下：

其中，巖土組合梁彈性模量由E表示，慣性矩由I表示，m1、m2是與巖土滲透性有關(guān)。

由于在各個支護(hù)循環(huán)中最大彎曲部位發(fā)生在重點，所以可以將上面公式進(jìn)行合并，具體如下：

4 邊坡支護(hù)現(xiàn)場監(jiān)測

將上述確定的基坑邊坡支護(hù)方案及其支護(hù)參數(shù)應(yīng)用于實際工程施工中，采用MJK-50型巖土應(yīng)變測試儀對基坑邊坡每一支護(hù)循環(huán)內(nèi)的巖土層位移進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測時長30d，每天采集3次數(shù)據(jù)，取其平均值為基坑邊坡巖土層當(dāng)天應(yīng)變測量值，連續(xù)記錄數(shù)據(jù)并擬合數(shù)據(jù)曲線，如下圖所示。

圖2 測量數(shù)據(jù)

由圖可知，巖土組合梁中部在錨桿支護(hù)前期，巖土梁彎曲變形（撓度）緩慢增長，平均增長速率為0.21mm/d，在支護(hù)完成后的16-24d，巖土梁變形位移突然增大，最大值為2.16mm，這可能是由于基坑的持續(xù)下行開挖，對巖土體產(chǎn)生了較大擾動造成的，在25d以后，基坑邊坡在錨桿巖土組合梁支護(hù)作用下保持了穩(wěn)定的狀態(tài)；巖土組合梁端部位移只在基坑開挖支護(hù)初期有較大的彈性應(yīng)變量，最大為1.84mm，隨著巖土組合梁支護(hù)結(jié)構(gòu)體的構(gòu)建完成，邊坡兩端均表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，平均彈性應(yīng)變位移量為1.58mm。這充分表明，該項目深基坑邊坡錨桿巖土組合梁支護(hù)效果良好，支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)承載能力與設(shè)計支護(hù)方案參數(shù)均滿足工程施工要求。

5 結(jié)語

綜上所述，對于深基坑支護(hù)工作的開展，不僅需要選擇質(zhì)量上乘的支護(hù)材料，還需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)以及周圍環(huán)境情況對支護(hù)體系進(jìn)行設(shè)計計算，充分運用結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)理論，并重視支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測管理。這樣能夠讓管理人員及時發(fā)現(xiàn)支護(hù)體系中存在的問題，及時對變形、薄弱區(qū)域進(jìn)行調(diào)整和加強(qiáng)。