城市基坑工程发展的几点看法阀门铜球
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城市基坑工程发展的几点看法
城市基坑工程发展的几点看法 2011年12月09日 来源： 1 引言 城市建设的发展，带动地下空间的发展，目前各类用途的地下空间已在世界各大中城市中得到开发利用，诸如地下停车库、地下街道、地下商城、地下医院、地下仓库、地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等。同时，地下工程建设项目的数量和规模迅速增大，如高层建筑物基坑、大型管道的深沟槽、越江隧道的暗埋矩形段及地铁工程中的车站深基坑等。这些地下空间的建设，多采用费用低廉、施工方便的明挖法，由此而产生了大量深基坑工程，其规模和深度不断加大，且城市基坑工程往往处于房屋和生命线工程的密集地区。图1是典型的城市基坑工程的示意图。在基坑的周围不仅有已建房屋或地铁隧道，而且有供水或供气管。90年代以来，基坑工程的设计理论和施工技术日益进步，不但涌现了多种符合我国国情的实用的基坑支护方法，而且使得基坑工程的设计理论、计算方法得到不断改进，施工工艺取得长足的进步。基坑工程的设计规范也有一定的发展。但如果应用现有基坑工程的设计理论(强度控制设计)和常规施工技术难以达到保护基坑周围的环境要求。因此城市基坑工程，特别是软土地区的城市基坑工程正在对基坑工程的设计理论和施工技术提出严峻的挑战。图1 城市基坑典型剖面2 从强度控制设计到变形控制设计 基坑工程周边的建筑物或地下管线或隧道的抵抗变形及不均匀变形的能力是有一定的限度。如当基坑紧邻地铁隧道(地铁隧道要求绝对变形不能超过20mm，曲率必须小于1/15000)时，单纯保证基坑稳定远不能满足如此严格的隧道变形要求。但在现有的基坑围护结构设计中，主要以保证基坑稳定为目的，只要强度满足即可，即设计由强度控制，较少会注意如何减少对周围环境的影响。多年在软土地区的基坑工程实践中发现由于地下施工引起地层变形而损坏地面建筑或地下管线的现象经常出现，往往引起严重后果，而基坑支护结构尚无破坏迹象，因此，基坑支护结构除满足强度要求外，还需满足变形要求。 现有的基坑支护结构的内力变形计算的方法很多，如等值梁法、连续介质有限元法以及弹性地基杆系有限元法等等。等值梁法把围护结构简化成两根梁进行计算，显然不能准确计算围护结构的位移，是典型的强度控制设计方法。但由于其计算简单，在单支撑的基坑工程中仍然用到这一方法；随着计算机的普及，有限元兼有广泛通用性和灵活性，可模拟复杂的施工过程，成为一种很有前途的基坑设计计算方法，但目前连续介质有限元法由于土的本构关系尚在发展中，缺乏真实反映土的应力应变关系的本构模型，以及计算参数难以准确确定，也不能准确计算出支护结构及土体的位移，目前还得不到广泛的应用。杆系有限元法作为一种计算方法具有概念清晰，计算简单，计算参数较少，受到基坑工程设计人员的青睐。但现有的杆系有限元法的计算参数的取值因为众多复杂因素的影响尚没有较好的计算方法，取值多凭设计者本人的经验，因而计算结果与实际差别较大，计算结果不稳定且精度很低，不能满足对变形要求较严格的、大型复杂的基坑工程的设计要求。总之，现有的基坑工程设计方法均从保护基坑工程的稳定出发，属于强度控制设计范畴。而在软土区或周围环境要求较高的基坑工程，变形往往占主导地位，即设计应由变形控制，基坑在施工过程中既要保证其安全、不失稳，又要保证其对周围环境不造成破坏性影响。变形控制设计在城市基坑工程中显得尤为重要。 为了保护这些已建建(构)筑物的正常使用和安全运营，常需把因基坑工程引起的周围地层移动限制在一定的变形值之内，也即分别要求挡土结构的水平位移及其邻近地层的垂直沉降限制在某标准值之内，甚至也限制墙体垂直沉降和地层的水平位移值满足周围环境要求。根据基坑工程周围环境保护要求，将基坑变形控制标准分为4个保护等级［1］。因此，基坑工程的设计应从强度控制设计转变为变形控制设计。应按变形控制设计基坑的内力与变形，需从以下几个方面加以研究： (1)寻找一种能准确计算支护结构位移的基坑工程设计方法。这是问题的关键。 (2)寻找能准确计算基坑周围土体位移场(包括垂直沉降场和水平位移场)的计算方法。 (3)寻找一种能准确计算基坑开挖面以下任意深度的土体回弹量，即回弹变形场。3 基坑工程的设计与施工紧密结合是必然的趋势 3.1 基坑工程的设计与施工的严重脱离 现有的基坑工程的设计与施工的严重脱离，一方面，基坑的设计计算工况不能切实可行地反映基坑的施工，另一方面，目前的基坑工程的设计并未真正深入到施工组织设计中去，设计人员只是按常规假设工况进行计算，而不管施工的具体工况是否与设计一致。因而造成基坑施工过程中土方开挖和支撑加设的随意性，