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礦區(qū)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法及應(yīng)用
礦區(qū)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是在礦區(qū)基坑開(kāi)鑿時(shí)，在其周圍布置支付結(jié)構(gòu)，主要作用是保證礦區(qū)基坑周邊和地下環(huán)境的安全性。本文對(duì)礦區(qū)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)用計(jì)算方法及其應(yīng)用進(jìn)行研究分析。
礦區(qū)基坑是指在礦區(qū)內(nèi)的工業(yè)建筑建造地面開(kāi)鑿時(shí)，開(kāi)挖深度五米以上的土方工程、降水工程或支護(hù)工程，也包括開(kāi)挖深度不足五米但地下管線、地質(zhì)和周邊環(huán)境復(fù)雜的土方工程、降水工程和支護(hù)工程。其中礦區(qū)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)需要做好結(jié)構(gòu)計(jì)算，保證工程質(zhì)量安全[1-2]。
1礦區(qū)基坑
礦區(qū)基坑工程屬于一項(xiàng)比較系統(tǒng)和復(fù)雜的建筑工程，其主要內(nèi)容包括基坑開(kāi)挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，基坑開(kāi)挖中由于支護(hù)機(jī)構(gòu)屬于臨時(shí)搭建，當(dāng)工程完工后就不再需要，因而在基坑開(kāi)挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)搭建中需要結(jié)構(gòu)工程和巖土工程的技術(shù)人員相互配合，共同完成工程設(shè)計(jì)[3-4]。礦區(qū)基坑的開(kāi)挖深度一般在五米或五米以上，地質(zhì)情況比較復(fù)雜，深度不超過(guò)五米的礦區(qū)基坑，地下管線分布龐雜。基槽和基坑屬于工程建筑的基礎(chǔ)部分，但是平面形狀不同，基槽屬于長(zhǎng)條形，基坑屬于方形或類方形?；拥酌娣e一般不超過(guò)27平米，工程在施工中需要做好數(shù)據(jù)觀測(cè)，加強(qiáng)防水排水設(shè)計(jì)，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)較大的地方需要提前制定應(yīng)急方案。
2支護(hù)結(jié)構(gòu)
礦區(qū)基坑工程的個(gè)性和區(qū)域性比較明顯，土方開(kāi)挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃摹⒌刭|(zhì)條件，要集中考慮基坑地下管線和鄰建物的抗變形能力。黃土地基和軟黏土地基在對(duì)基坑開(kāi)挖的影響較大，支護(hù)機(jī)構(gòu)施工需要綜合較量地質(zhì)穩(wěn)定性?；臃雷o(hù)機(jī)構(gòu)的形變能力和穩(wěn)定性會(huì)受到基坑平面形狀和深度的影響，對(duì)于軟黏土地區(qū)的基坑開(kāi)挖，要考慮突破壓力和黏土的蠕變性。土方開(kāi)挖會(huì)改變地下水位和應(yīng)力場(chǎng)，地基土體變形會(huì)影響地下管線鋪設(shè)，大量外運(yùn)土方也會(huì)影響棄點(diǎn)環(huán)境和交通等；礦區(qū)基坑開(kāi)挖步驟或速率不合理會(huì)導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大，主體結(jié)構(gòu)樁基移位，影響整個(gè)基坑支護(hù)體系的穩(wěn)定。因而在礦區(qū)基坑開(kāi)挖設(shè)計(jì)中需要做好信息監(jiān)控和數(shù)據(jù)計(jì)算。礦區(qū)基坑開(kāi)挖是在地下空間挖出一個(gè)空洞，周邊會(huì)設(shè)立垂直的圍護(hù)擋土結(jié)構(gòu)，這種圍護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)在基地下插進(jìn)板墻結(jié)構(gòu)，板墻樣式有多撐式、懸臂式和單撐式。搭建這種支護(hù)結(jié)構(gòu)是為了防止圍護(hù)欄過(guò)度變形，使墻體彎矩保持正常水平。
3基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算及在礦區(qū)中的應(yīng)用
3.1數(shù)值分析和有限元法計(jì)算及應(yīng)用
礦區(qū)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式包括內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)和拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)一般是用于抵抗水壓和土壓，具有輔助擋土的作用，在穩(wěn)定擋土結(jié)構(gòu)墻的同時(shí)能夠提供足夠的支撐力和穩(wěn)固力，在道路工程中使用較多。拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)屬于外拉系統(tǒng)和擋土系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以利用數(shù)值分析和有限元的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。基坑受力點(diǎn)的計(jì)算可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，主要是將土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)分成有限個(gè)單位，以單元?jiǎng)澐值男问揭来斡?jì)算。但是在計(jì)算過(guò)程中既要考慮地表沉降量和基坑隆起量，又要考慮土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的作用力。利用計(jì)算機(jī)計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)，要在施工中獲取基坑數(shù)據(jù)，建立動(dòng)態(tài)模型，預(yù)測(cè)分析基坑支護(hù)體系建立的實(shí)際情況。其中關(guān)于基坑受力點(diǎn)的計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，利用計(jì)算機(jī)結(jié)合數(shù)值分析和有限元法能夠模擬基坑支護(hù)受力情況，可進(jìn)行仿算。
3.2彈性地基梁計(jì)算及應(yīng)用
彈性地基梁主要是做條形基礎(chǔ)用，支座有無(wú)數(shù)個(gè)，本質(zhì)上就是一個(gè)設(shè)置在彈性地基上的梁，梁中各點(diǎn)主要支撐在彈性地基上，因而梁主體剛度提高、內(nèi)力減少且變形較小。由于普通的梁超靜定次數(shù)是有限的，因而梁基礎(chǔ)和地基部分直接連續(xù)接觸，地基和梁共同變形，因而要同時(shí)考慮彈性地基梁、梁、地基的變形情況。彈性地基梁在礦區(qū)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中是一個(gè)豎向的梁裝置，受側(cè)向土壓力作用，因而在壓力計(jì)算中會(huì)用到庫(kù)倫土壓力理論和朗肯土壓力理論。彈性地基梁的彈性支點(diǎn)在基坑面以上，基坑面以下的土層部分可代替為土彈簧作用，這種方法能夠?qū)椥缘鼗褐ёo(hù)結(jié)果直接作為地基梁的彈性支撐結(jié)果。常用的彈塑性法和彈性法，簡(jiǎn)化看基坑面以上部分的支撐力，完成下道支撐設(shè)置后，上道支撐軸力不變，在入土段可以假設(shè)動(dòng)土壓力已到極限，最后利用平衡條件求解。假設(shè)變形和土坑力存在聯(lián)系，可以在入土段和入土上段建立微分方程計(jì)算彈性地基梁彈性。
3.3擋土墻計(jì)算計(jì)算及應(yīng)用
擋土墻是一種防止土體變形的構(gòu)造物，在支撐山坡土體、路基填土中會(huì)應(yīng)用到，擋土墻橫斷面與支撐土體接觸部分稱為墻背，相對(duì)臨空部分稱為墻面。由于位移方式和剛度不同，擋土墻一般可以分為臨時(shí)支撐、剛性擋土墻和柔性擋土墻幾種，因?yàn)槭芰Ψ绞讲煌瑩跬翂σ部梢苑譃槌兄厥胶脱鲂笔?。關(guān)于礦區(qū)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中的擋土墻計(jì)算需要進(jìn)行以下幾個(gè)步驟：對(duì)于開(kāi)挖面上部分需要利用桿系有限元方法進(jìn)行計(jì)算，即將擋土墻豎向劃分，設(shè)置為若干個(gè)彈性地基梁?jiǎn)卧?，同時(shí)連接不同單元邊界上的節(jié)點(diǎn)；在擋土墻的支撐關(guān)鍵處會(huì)有一個(gè)二力桿單元，這個(gè)單元有一定的自由度。對(duì)于擋土墻開(kāi)挖面的下部分會(huì)利用撓曲微分方程，利用方程解出冪級(jí)近似解。礦區(qū)基坑開(kāi)挖面節(jié)點(diǎn)在擋土墻上基本滿足變形協(xié)調(diào)條件和靜力平衡方程。擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)對(duì)于室外地面活荷載一般取10kN每平米，荷載較小可取5kN每平米；地下室護(hù)坡樁的值可以取0.33，覆力重度在18~20之間，調(diào)幅系數(shù)不能過(guò)大，0.9或0.95即可。多層或單層外墻，可以按照連續(xù)單向板或僅按照單向板計(jì)算。
4結(jié)語(yǔ)
在礦區(qū)工業(yè)建筑基坑開(kāi)鑿階段，為避免發(fā)生危險(xiǎn)，需要構(gòu)建支護(hù)結(jié)構(gòu)。建立支護(hù)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，涉及到很多關(guān)于土建、力學(xué)等知識(shí)，工序安排也較多。礦區(qū)內(nèi)整個(gè)支護(hù)體系由每個(gè)獨(dú)立單元構(gòu)成，所以在施工前的總體設(shè)計(jì)中要計(jì)算好個(gè)體與整體之間的關(guān)系。礦區(qū)基坑支護(hù)機(jī)構(gòu)計(jì)算及應(yīng)用需要科學(xué)地規(guī)劃，確實(shí)做好保護(hù)基坑支護(hù)安全的工作。
