深基坑支护存在的问题与研究方向

1、谈J 以专东论深基坑支护存在的题与研究方向问李继业摘要总结 了 目前在深基坑 支护中存在的 支护结构设计计算与实际受力不 符、设计中土体的物理力学参教选择不当等问题 ; 从设计 观念设计 方法计算方法 等方 面 提出 了研究方 向。、关健词深基坑;护 结构 ;设计观念支1 问题的提出2 深基坑支护 当前存在的问题,涉及工程2 .1支护结构设 计计算与实际受力不符地深基坑开挖与支护结构是一个系统工程目前深基 坑支护结构的设计计算仍基 于极限文、工程结构工工 和 工 理。 它是,质水地质施艺施管、平衡但支护结构的实际受力并不那么简单工集土力学 水力学和结构力学于一体的综合性学科。支理论明,有的支护

2、限平。的、。,护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体 正程实践证结构按极衡理论计算因为如此,无还是施工组织都应从整体功安全系数 ,从理论上 讲是 绝对安全的,但却发生 破论是结构设计能出发 ,将各部分协调,才能达到 全可靠、 经济合理坏;有的支护结构却恰恰相反,即安全系数虽然比较好安的目的。小, 甚 至达不到 规范 的要求,但实际工程获得成功 。高层建筑的迅速兴起,促进 了深基坑支护技术的极限 平衡理论是深基 坑支护结构的一种静态设发展近几年来各地在深基坑开挖和支护技术方面积计,而实际上 开挖后的土体是一种动态平衡状态,也。,一个松弛过程土体强度逐渐下累了丰富的经验新技术新结构新工艺不断

3、涌现但是,随着时间的增长,、。是 , 现在的城市建筑基本上是“见缝插针” , 有的基坑边 降 , 并产全一定的 变形 。 这说明在设计中必须给予充缘距已 有建筑物仅几米 , 给基础工程的施工带来很大 分的考虑 , 但在目前的设计计算中却常被忽视 。的难度,给周围环 境带来极大威胁, 也相应增加 了施工 2 . 2 设计中土体 的物理力学参数选择不 当工期和施工 费用 。另外, 随着开挖深度的增加 , 支护结深基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响构的工程量增大,工程造价急剧上升, 有的支护结构已 其安全度 , 但要精确地计算土压力目前还十分困难 ,护达到 51 仪睁一2 以XX) 元/ m 。

4、 再者, 原来的深基坑支护结 至今仍在 采用库伦公式或 朗肯公 式。 关于 土体物理构的设计理论 、 计算原则 、 运算公式、 施工工艺等 , 已不 力学参数的选择是一个非 常复杂的 问题 , 尤其在深符合深基坑开挖与支护结构的实际情况 , 导致一些基 基坑开挖后 , 三参数是 可变值 , 很难准确计算出支护坑工程出现事故 , 造成巨大的损失。 因此, 探索新的深 结构的实际受力 。基坑工程的设计理论 , 推导出符合深基坑工程的计算 在支护结构设计中, 如果对地基土体的物理力公式, 要用科学的施工方法和 先进的施工工艺, 已成为 学参数取值不准 , 将对设计的结果产生很大影响。 试深基坑工程技

5、术的当务之急。验数据表明 : 内摩 擦角 平 值相差 5o , 主 动土压力 P 就会相差 10 ; 原土体的 C a 值与开挖后土体的 Cb 值 , 则,J 巨巾二退伯.差别更大。 施工工 艺和 支护结构形式不同 , 对土体的物理力学参数的选择是支护 结构设计中的关键。2 .3 深基坑开挖存在的空间效应考虑不周深 基坑开挖中大量的实测 资料表明 : 基 坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大 、 两边小。 深基坑边坡失稳常常以 长边的居中位置 发生 。 这说 明深基坑开 挖是一个空 间问题。传 统的深基坑支护 结构的设 计是按平面应变问题处理的 。 对一些细长 条基坑来讲 , 这种平面应变假设

6、 比较符合实际 , 而对近似方形或长方形深基坑则差别 比较 大。 所 以 , 在未 能进行空间问题处理前而 需按下面应变假设设计时 , 支护结构的构造要适 当调整 ,以 适应开挖空间效应的要求。2 . 4 深基坑土体的取 样具有不 完全性在支护结构设计之前 , 必须对地基土层进行取样分析试验 , 以取得 土体比较合理的物理力学指标 , 为支护结构的设计提 供依据。 一 般在深基坑开 挖区域内 , 按照国家规范的要 求进 行钻探取样 。 为减少勘探的工作量和 降低工程造价 , 不可能钻孔过密 。 因此 ,所 取得的土 样具有一定的随机性 。 但是 , 地质构造是极 其复杂 、 多变的 , 取得的

7、土样不可 能全面反映地基土层的真实性 。 因此 , 支护 结构的设计也就不一定完全符合实际。3 深基坑支护的研究方向3 .1 彻底 改变传统的设 计观 念啼 对于深基 坑支护结构的设计 , 无论国 内外至今 尚没有一种 精确的计算方法 , 我国也 没有统一的支护 结构设计规 范。 土压力 分布还按 库伦或朗肯理论确定,支护桩仍用 “ 等值梁法 ” 进行计算。 计算结果与深基坑支护结构的实际 受力 悬殊较大 , 既不 安全也不 经济。 由此可见 , 深基坑支护结构的设计不应再采用传统的“ 结构荷载法 ” , 而应逐步建立 以施工 监测 为主导的信息反馈动态设计体 系。 这是设计人员需要加强科研攻

8、关的方 向。国内外岩土工作者对探讨和建立动态设计体系已 形 成共识 , 许多学者已开始从事这方面的 研究。 近十几 年来 , 我国在深基坑支护技术上 已经积累很多实践经 验, 收集了施工过程中的一些技术数据 , 已初步摸索出岩土变化支护 结构实际受力的规律, 为建立深基坑支护结构设计 的新理论打下了良好的 基础 。 但是 , 彻底改变传统的设计观点 , 建立 真正实用的 动态设计体系 , 仍然是 任重道远 , 每个岩 土工 作者要 勇于实践 、 敢 于创新 , 争取早 日攻克这一技术难关 。3 . 2 建立 变形控制的新 的工程 设计方法极 限平衡原理是一种简便 、 实用的常用设计方法 , 其

9、计算结果具有重要的参考价值。 但是 , 将这种设计方法用 于深基 坑支护结构, 只能单纯满足 支护结构的强度 , 而不能保证支护结构的刚度。 众多工程事故就是 因为支护结构产生过大变形而造成的 , 浙 江杭州 市青春路商贸大厦就 是典型的一例。 由此可见 , 评价一个支护结构设计方案优劣 , 不仅要 看其是否 满足强 度的要 求 , 而且还要看其是否会产生环 境问题 , 关键在于其变形 大小 。鉴 于 上述实际,在建立新的变形控制设计方法时 , 应着重研究以下问题: (l) 支护结构变形 控制的标准 。 这是 关系支护结构 成败的决定性 数据 , 但至今仍未有一个具体标准。 (2) 空间应 变

10、简化为平面应变 。这是如何将开挖过程中的空间效应转化为设计中的平面应变问题。 简 化的 目的是既考虑 空 间效应的影响, 又简 化计算 。 (3) 地面超载的确定及其对支护结构变形的影响 。3 . 3 大力开展 支护结构的试 验研 究正 确的理论必须建立在大量试验研 究的基础上 。 但是 , 在深基 坑支护 结构方面 , 我 国至今尚未进行系统的试验研究。 一些支护结构工程成功 了 , 也讲不出具体成功之处 ; 一些支护结构工程失败 了 , 也说不清失败的真实原因。 在支护工程施工的过程中积累的技术资料很 丰富, 但缺 少科学的测试数据 , 无法进行科学分析 , 不能上升到理论的高度 , 这是

11、一 个很大的缺陷。岛专.谧.1以少谈开展支护结构的试脸研究 (实验室模拟试验和 工展 ,即受力结构与止水结构相结合 、 临时支护结构与程现场试验), 虽然要耗费部分资金, 但由于深基坑支永久支护结构相结合、 基坑开 挖方式只与支护结构型护工程投资巨大 如经过科学试验再进行设计 肯定 式相结合 这几种结合必然使 护结构受力复杂 所,。支,会节省可观 的经费。因此, 工程现场试验是非常必要以 ,建立新型支护结构的计算方法 , 也是迫在眉睫的的。通过工程实践积系大t 的测试数据, 可对同类工 大事。程的成功打好墓础,为理论研究和建立新的计算方法提供可靠的第一 手资料。4 结束语3 .4 探讨新型支护结构的计方法算深基坑支护由于地质的复杂性受力状态 的多高层建筑 的飞 速发展给深基坑友 护结构带来一、场技术革命。在钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注变性 、结构型式的多样性 , 构成了其自身的特殊性 ,桩挡墉 、 地下 连续墙等支护结构成功应用后,双排桩、给深基础工程领域带来 了新课题 ,在基础理论方面土钉组合拱帷幕旋喷土锚预应力钢筋棍凝土多孔对传统的经典土 力学理论提出了新的挑战 ,急偏建、板等新的支护结构型式相继问世 。