導(dǎo)語：鄰近公路深基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：基于某鄰近公路深基坑工程進行圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計及監(jiān)測結(jié)果分析。對支護結(jié)構(gòu)計算、內(nèi)支撐計算及牛腿計算，并對圍護結(jié)構(gòu)鋼板樁深層土體水平位移以及周邊地表沉降等進行監(jiān)控數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明，針對地表沉降的數(shù)值模擬結(jié)果大于實測值，理論計算安全系數(shù)偏大；圍護結(jié)構(gòu)深層土體水平位移規(guī)律整體符合基坑中部向坑內(nèi)運動趨勢；基坑土方開挖對土體的影響范圍主要在兩倍基坑深度區(qū)域；基坑變形對基坑周邊荷載敏感。

關(guān)鍵詞：鄰近公路；深基坑；有限元分析

1引言

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善，新建工程與既有工程會出現(xiàn)交叉。新建深基坑施工會改變原有地層應(yīng)力及變形，對于在既有線路、建筑物等附近施工的基坑工程影響尤為嚴重。既有公路常會受到周邊環(huán)境影響，基坑開挖會導(dǎo)致既有公路橫向及沉降變形，若施工方法或保護措施不當，將導(dǎo)致既有線路變形，造成財產(chǎn)損失及安全隱患。隨著大量特殊基坑工程的出現(xiàn)，對基坑支護體系及復(fù)雜環(huán)境條件影響的研究越來越多?？总绲萚1]通過數(shù)值模擬及監(jiān)測數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)鋼支撐滯后施工將導(dǎo)致冠梁彎矩大大增加，且開挖交界處各監(jiān)測指標最大。周政等[2]通過數(shù)值分析手段研究得到鄰域超大附加荷載對基坑支護結(jié)構(gòu)的變形形態(tài)的空間效應(yīng)影響成正相關(guān)，鄰域超大荷載會削弱基坑坑角效應(yīng)，影響范圍成倍增加。劉暢等[3]從受力角度對斜直交替支護樁體系進行理論和實測分析，得出斜樁傾斜20°較為合理，一斜一直布置形式占用較小空間并取得良好變形控制效果。李廣等[4]針對緊鄰建筑物狹小空間基坑進行逆作法拉森鋼板樁墻支護體系設(shè)計，主體結(jié)構(gòu)水平板提高整體剛度，水平抗力大，保證了支護效果。對于某鄰近公路環(huán)境條件的深基坑圍護結(jié)構(gòu)進行數(shù)值計算及有限元分析，確保結(jié)構(gòu)體系滿足要求，并通過監(jiān)測結(jié)果進行分析驗證，保證鄰近公路運營不受影響。

2工程概況

某鄰近公路基坑尺寸為14.9m×10m，基坑需求設(shè)計深度取值7.85m。設(shè)計選用IV型拉森鋼板樁，同時考慮鋼板樁頂超出地面長度0.5m以及鋼板樁嵌入土體深度6.65m，總長取為15m?；臃秩伍_挖，設(shè)計2道內(nèi)支撐，第一道圍檁采用單拼400×400×13×21H型鋼，第二道圍檁采用雙拼400×400×13×21H型鋼，第一道內(nèi)支撐采用400×400×13×21H型鋼，第二道內(nèi)支撐采用609×16mm鋼支撐。設(shè)置內(nèi)支撐的水平間距為4m，第一道內(nèi)支撐距地面1m，第二道內(nèi)支撐距地面4m。

3基坑設(shè)計分析

3.1結(jié)構(gòu)計算

內(nèi)力計算方法采用增量法，支護結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0取1.00，剛度折減系數(shù)K取0.85[5]。土層數(shù)劃分為5層，內(nèi)外側(cè)降水最終深度為22.9m，內(nèi)力計算時主動計算坑外土壓力，彈性法計算采用m法。鋼板樁基坑支護體系進行穩(wěn)定計算時把內(nèi)支撐考慮在內(nèi)，確定地層信息時考慮孔隙水壓力。進行抗傾覆穩(wěn)定計算時分別考慮對基坑支護底面計算彎矩，以及最底層支撐位置。圖1內(nèi)力位移隨開挖深度包絡(luò)圖位移及內(nèi)力計算結(jié)果如圖1所示，豎坐標為基坑深度（m），橫坐標正向為基坑內(nèi)側(cè)，負向為基坑外側(cè)，根據(jù)經(jīng)典法（紅色線所示）計算結(jié)果最大彎矩包括基坑內(nèi)側(cè)和外側(cè)，分別為104.39kN.m和179.44kN.m，基坑支護結(jié)構(gòu)受到最大的剪力為102.76kN；彈性法（藍色線所示）計算結(jié)果：最大彎矩包括基坑內(nèi)側(cè)和外側(cè)，分別為151.44kN.m和100.95kN.m，支護結(jié)構(gòu)受到最大的剪力為133.99kN，最大位移為15.12mm。對于地表沉降，采用三種方法進行理論計算，計算結(jié)果如圖2所示，其中拋物線法計算結(jié)果最大，其地表沉降最大值為28mm；指數(shù)法計算結(jié)果最小，其地表沉降計算結(jié)果為15mm；三角形法計算結(jié)果略大于指數(shù)法，其地表沉降計算結(jié)果為19mm。彎矩及剪力折減系數(shù)取1，荷載分項系數(shù)取1.25，選擇彈性法計算，則內(nèi)力取值如下表所示。根據(jù)荷載分項系數(shù)確定內(nèi)力計算值，分別計算基坑內(nèi)側(cè)方向以及基坑外側(cè)方向的抗彎性能(此處忽略軸力)，則有σ內(nèi)=Mn/Wx=189.302/(2270.000×10-6)=83.393(MPa)<f=295MPa，滿足要求。σ外=Mw/Wx=126.182/(2270.000×10-6)=55.587(MPa)<f=295Mpa，滿足要求?；訃o結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性驗算在運用有效應(yīng)力法條件下采用瑞典條分法，條分法用到的土條寬度取0.50m。通過計算基坑模型滑裂面的相關(guān)數(shù)據(jù)得到圍護結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性安全系數(shù)Ks=1.37>1.30，滿足規(guī)范要求。根據(jù)支護類型、材料抗力及錨固力，計算對基坑支護結(jié)構(gòu)底面彎矩的抵抗傾覆的穩(wěn)定性進行，通過被動土壓力以及支點力對圍護樁底部的抵抗傾覆的彎矩與主動土壓力對圍護樁底部的傾覆彎矩的比值，算得開挖支護過程中最小安全系數(shù)發(fā)生在第一次完成且支護前，為4.21，大于1.2，滿足要求。根據(jù)基坑被動土壓區(qū)抵抗傾覆作用力的彎矩總和與主動土壓區(qū)抵抗傾覆作用力的彎矩總和的比值，計算最底面一層支撐的即踢腳破壞的抵抗傾覆的穩(wěn)定性，算得開挖支護過程中最小安全系數(shù)發(fā)生在開挖完成后，為2.02，大于1.2，滿足要求。支護底部及深度15.7m處，抗隆起系數(shù)分別為5.266和2.733，大于1.6，滿足要求。根據(jù)作用在鋼板樁入土段長度的基坑內(nèi)側(cè)的土壓力均遠小于被動土壓區(qū)合力，入土段長度基坑內(nèi)側(cè)土壓力驗算滿足要求。

3.2內(nèi)支撐計算

利用MidasCivil2020有限元分析軟件建立模型，對圍檁支撐受力及變形進行計算。第一道鋼支撐間距4m，取最大支撐軸力為166.01×1.25=207.5kN，轉(zhuǎn)化為圍檁線荷載為51.9kN/m，有限元分析如圖3所示。由計算可知，基坑圍檁及內(nèi)支撐最大位移為1.3mm＜L/400=10mm，符合要求；基坑圍檁及內(nèi)支撐最大應(yīng)力為33.9Mpa＜215Mpa，滿足要求。第二道支撐圍檁為雙拼400H型鋼，支撐為φ609×16鋼支撐，間距4m，取最大支撐軸力為767.85×1.25=959.8kN，轉(zhuǎn)化為圍檁上的線荷載為239.95kN/m。有限元分析如圖4所示。由計算可知，基坑圍檁及內(nèi)支撐最大位移為3.2mm＜L/400=10mm，符合要求；基坑圍檁及內(nèi)支撐最大應(yīng)力為81.5Mpa＜215Mpa，滿足要求。

3.3牛腿計算

利用MidasCivil2020有限元分析軟件建立模型，計算牛腿變形及應(yīng)力情況，計算結(jié)果如圖5和圖6所示。采用21mm厚鋼板切割成的四邊形做為鋼牛腿，尺寸為550mm×250mm×150mm，焊接固定在鋼板樁上。按照實際牛腿位置分別計算各牛腿受力，得出第一道支撐牛腿最大支反力為13.6kN，牛腿最大應(yīng)力為10.5Mpa＜215Mpa，滿足要求；牛腿最大變形為0.05mm，滿足要求。第二道支撐牛腿最大支反力為21.6kN，牛腿最大應(yīng)力為16.7Mpa＜215Mpa，滿足要求；牛腿最大變形為0.09mm，滿足要求。

4基坑監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，并結(jié)合本基坑工程的支護形式及周邊環(huán)境的特點，對本工程進行鋼板樁圍護結(jié)構(gòu)的深層樁體水平方向位移、基坑周邊地表的沉降變化、鋼板樁樁頂?shù)乃郊柏Q向位移、支撐軸力等現(xiàn)場監(jiān)測[6]。重點對鋼板樁圍護結(jié)構(gòu)的深層樁體水平方向位移及周邊地表的沉降變化進行數(shù)據(jù)分析。

4.1圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測由于基坑北側(cè)鄰近既有公路，因此選取基坑?xùn)|部測點為研究對象，東側(cè)共布置5根測斜管，本文選取樁身位移累計最大值C2測斜管進行分析，并繪制支護樁深層水平位移曲線如圖7所示（圖中“+”表示坑外，“-”表示坑內(nèi)）。由圍護樁深層水平位移曲線可以得到：①基坑開挖土方后，坑內(nèi)土體抗力減小，基坑外側(cè)土體有向坑內(nèi)運動趨勢；②圍護樁深層水平位移累積最大值為-2.8mm，發(fā)生在鄰近公路一側(cè)C2測斜管位置；③基坑開挖施工對圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移影響不大，所有監(jiān)測點累積變化均在允許范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，整體符合樁中部向坑內(nèi)變形規(guī)律。個別點突變除考慮人為誤差外，更多是由于現(xiàn)場坑邊堆載變化導(dǎo)致，部分點、部分時間段因遮擋測值出現(xiàn)間斷，但整體規(guī)律一致。

4.2地表沉降監(jiān)測選取基坑?xùn)|部一排地表沉降點進行分析，監(jiān)測點分別距離基坑?xùn)|側(cè)5m、10m、15m、20m和25m，監(jiān)測數(shù)據(jù)變化曲線如圖8所示（圖中“+”表示上升，“-”表示下沉）。從周邊各地表沉降監(jiān)測點垂直位移累積變化曲線圖可以得到：①監(jiān)測點DB1-1的累積變化最大，累積變化值為-6.5mm；②監(jiān)測點DB1-5、DB1-6的沉降變化很小，說明基坑土方開挖對土體的影響范圍主要在兩倍基坑深度范圍內(nèi)；③通過地表沉降監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，所有監(jiān)測點累積變化均在允許范圍內(nèi)，曲線整體變化平緩穩(wěn)定，個別點突變是由于現(xiàn)場坑邊堆載變化及天氣原因?qū)е?，但整體規(guī)律一致。

5結(jié)論

采用MidasCivil等有限元分析軟件對某鄰近公路深基坑支護工程進行結(jié)構(gòu)計算、內(nèi)支撐計算及牛腿計算，并通過監(jiān)測進行數(shù)據(jù)分析，得出如下結(jié)論。①地表沉降數(shù)值模擬計算結(jié)果較實測值偏大，說明理論計算安全系數(shù)較大，實際施工中可結(jié)合地質(zhì)情況進行優(yōu)化。②圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移規(guī)律整體符合基坑中部向內(nèi)側(cè)變形趨勢，基坑土方開挖對土體的影響范圍主要在兩倍基坑深度范圍內(nèi)。③基坑變形對基坑周邊堆載敏感，施工中應(yīng)盡量避免大型機械設(shè)備、材料等停放于基坑周邊。

參考文獻

[1]孔茜,楊睿.鋼支撐滯后施工對基坑支護體系的影響研究[J].隧道建設(shè),2021,41(12):2113-2121.

[3]周政,姚愛軍.鄰域超大附加荷載深基坑空間效應(yīng)及變形控制[J].防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報,2021,37(04):23-30.

[4]李廣,楊澤平,張敏思,等.復(fù)雜環(huán)境下深大基坑逆作法拉森鋼板樁支護設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu),2021,51(22):141-146+108.

[5]朱湘旭,徐昭辰,章定文,等.硬質(zhì)地層中偏壓基坑支護結(jié)構(gòu)受力特性研究[J].巖土工程學(xué)報,2021,43(S2):166-169.

[6]徐爽,李俊才,滕曉軍,等.南京長江漫灘區(qū)某超大深基坑支護與監(jiān)測結(jié)果分析[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2022,44（01）：107-113.

作者:鄧盛雙 單位:中交一公局第一工程有限公司