鋼管樁與拉森鋼板的基坑支護結(jié)構(gòu)技術研究

宋東清

（南京市浦口新城開發(fā)建設有限公司，江蘇 南京 211800）

基坑支護的主要是通過排樁，樁撐、樁錨等，加固基坑，進而起到提高基坑穩(wěn)定性的作用。為保證基坑重要系數(shù)能夠達到安全等級，基坑支護結(jié)構(gòu)設計的合理性能夠起到?jīng)Q定性作用[1]。在我國，以往針對基坑支護結(jié)構(gòu)技術的研究中，主要是通過混凝土結(jié)構(gòu)支護基坑，但傳統(tǒng)基坑支護結(jié)構(gòu)技術在實際應用中存在支護軸力低的問題。由此可見，傳統(tǒng)基坑支護結(jié)構(gòu)技術中存在明顯不足有待改進，鋼管樁的主要結(jié)構(gòu)包括；鋼管、企口榫槽、企口榫銷，能夠?qū)悠鸬街ёo作用。拉森鋼板作為綠色建筑材料中的一種，近年來受到建筑行業(yè)的大力追捧，其主要形狀為U型，適用于建橋圍堰、大型管道鋪設等方面，也能夠起到一定的支護作用。不僅如此，拉森鋼板具備極高的防水能力，具有高質(zhì)量的優(yōu)勢。為了解決傳統(tǒng)基坑支護結(jié)構(gòu)技術中存在的不足，本文以基坑支護結(jié)構(gòu)技術作為此次課題的研究對象，通過鋼管樁與拉森鋼板的應用，提出對基坑支護結(jié)構(gòu)技術的優(yōu)化設計，本文技術致力于從根本上提高基坑支護結(jié)構(gòu)軸力，進而為基坑支護結(jié)構(gòu)技術的優(yōu)化設計提供理論支持。

1 鋼管樁與拉森鋼板的基坑支護結(jié)構(gòu)技術

1.1 計算基坑鋼管樁支護內(nèi)力

本文在基坑支護結(jié)構(gòu)技術設計中，引進鋼管樁，針對基坑支護在鋼管樁結(jié)構(gòu)參數(shù)計算上的優(yōu)化主要在于，將以往使用的靜力平衡法替換為假想梁法，假想梁法作為國內(nèi)外針對基坑支護結(jié)構(gòu)參數(shù)計算中最先進的計算方法，相比于傳統(tǒng)靜力平衡法具有明顯的計算精度高的優(yōu)勢[2]。運用假想梁法計算鋼管樁支護結(jié)構(gòu)參數(shù)的具體流程為：首先，可以假設在基坑支護過程中鋼管樁支護中擋墻在基底以下存在一個假想鉸組織結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要起到劃分作用；在此基礎上，利用假想鉸對假想梁進行劃分；最后，通過假想較位移計算鋼管樁支護結(jié)構(gòu)參數(shù)。針對基坑支護過程中鋼管樁支護結(jié)構(gòu)進行計算方式上的優(yōu)化，采用國內(nèi)外中最為先進的假想梁法進行計算。使用假想梁法對深基坑支護結(jié)構(gòu)參數(shù)進行計算。在此過程中，結(jié)合庫倫土壓力理論，設鋼管樁支護的內(nèi)力為E，則有公式（1）。

在公式（1）中，g指的是鋼管樁支護結(jié)構(gòu)長度，單位為m；H指的是鋼管樁支護結(jié)構(gòu)假想點位置；K指的是鋼管樁支護結(jié)構(gòu)基坑圍護中擋墻基底假想鉸組織結(jié)構(gòu)與地面之間的夾角。基于公式（1），可以得出鋼管樁支護的內(nèi)力，在內(nèi)力能夠承載的范圍內(nèi)設計鋼管樁支護結(jié)構(gòu)參數(shù)[3]。通過設計鋼管樁支護結(jié)構(gòu)，致力于滿足基坑支護結(jié)構(gòu)的實際需求。

1.2 計算基坑支護拉森鋼板支護結(jié)構(gòu)參數(shù)

在計算基坑鋼管樁支護內(nèi)力后，還需要在基坑支護結(jié)構(gòu)中引進拉森鋼板，進一步對基坑起到穩(wěn)定支護作用。在此基礎上，計算基坑支護拉森鋼板支護結(jié)構(gòu)參數(shù)，設其目標函數(shù)為T，詳見公式（2）。

公式（2）中，Y指的是拉森鋼板的結(jié)構(gòu)長度，單位為m；E指的是基坑基本支護結(jié)構(gòu)假想點位置；R指的是基坑土質(zhì)孔隙率。通過公式（2），得出基坑支護拉森鋼板支護結(jié)構(gòu)參數(shù)。在計算基坑支護拉森鋼板支護結(jié)構(gòu)參數(shù)的過程中，必須精確假想點位置，防止由于假想點位置不準確造成基坑支護拉森鋼板支護結(jié)構(gòu)參數(shù)設定誤差大的問題。

1.3 采用拉森鋼板加固基坑支護結(jié)構(gòu)

以上述計算得出的基坑支護拉森鋼板支護結(jié)構(gòu)參數(shù)為依據(jù)，采用拉森鋼板加固基坑支護結(jié)構(gòu)?；诨又ёo難度大的特點，在應用支護技術時，要盡可能的選擇與施工圖紙匹配度最高的支護類型作為一級支護內(nèi)容。本文通過采用拉森鋼板加固基坑支護結(jié)構(gòu)，在原有復合頂板錨網(wǎng)索主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻的基礎上設置拉森鋼板，加固頂板錨網(wǎng)索。采用拉森鋼板加固基坑支護結(jié)構(gòu)的主要作用是保證支護地層的穩(wěn)定性，將支護框架區(qū)間設置為支護影響區(qū)。通過安置旋噴樁止水帷幕雙管，并在地面進入隔水層至少1m處進行注漿加固，以此分析采用拉森鋼板加固基坑支護結(jié)構(gòu)的應用效果。針對采用拉森鋼板加固基坑支護結(jié)構(gòu)處理區(qū)地層加固所需的注漿量，可以根據(jù)注漿量理論建筑空隙表達式進行計算。設加固所需的注漿量為V，可得公式（3）。

公式（3）中，L指的是拉森鋼板框架區(qū)間環(huán)寬，單位為m；D1指的是基坑開挖直徑，單位為m；D指的是拉森鋼板外徑，單位為m。通過公式（3），在得出加固所需注漿量的基礎上，對注漿速度進行計算。設加固注漿速度為，可得公式（4）。

公式（4）中，N指的是掘進速度，單位為mm/min。根據(jù)公式（4）得出的具體數(shù)據(jù)，通過采用拉森鋼板加固基坑支護結(jié)構(gòu)，為基坑支護提供良好的土層環(huán)境。因此，通過基坑支護結(jié)構(gòu)技術中的拉森鋼板，能夠起到加固復合頂板錨網(wǎng)索的應用效果。

1.4 設計一次基坑支護結(jié)構(gòu)

采用拉森鋼板加固基坑支護結(jié)構(gòu)的基礎上，通過設計一次基坑支護結(jié)構(gòu)，制定該基坑支護方案。一次支護結(jié)構(gòu)作為本文設計技術下的基本結(jié)構(gòu)，需要結(jié)合兩點主要參考條件，即為：基坑掘進條件以及基坑基本支護條件?；泳蜻M條件中包括：挖掘機型號、掘進速度以及土質(zhì)條件；基坑基本條件中包括：基坑尺寸參數(shù)以及基坑巖性等。本文采用耦合支護的方案，共包括3點主要內(nèi)容：第一點為，在基坑支護中，一次支護結(jié)構(gòu)的設計必須與施工圖紙具有極高的適配度；第二點為，在挑選一次支護結(jié)構(gòu)的材料時，必須重視材料的防水性，盡可能使用環(huán)保型綠色材料，針對此方面拉森鋼板能夠滿足；第三點為，在設計一次支護結(jié)構(gòu)的材料時，一定要考慮到其性價比。綜合上述3點主要內(nèi)容，最大限度上保證一次基坑支護結(jié)構(gòu)設計的科學性。

1.5 設置二次基坑支護結(jié)構(gòu)

以計算得出的一次基坑支護結(jié)構(gòu)參數(shù)為依據(jù)，通過設置二次基坑支護結(jié)構(gòu)，致力于滿足基坑基本支護的實際需求。在對基坑支護結(jié)構(gòu)技術的設計過程中，應將對二次基坑支護結(jié)構(gòu)的臨時支撐作為支護的關鍵環(huán)節(jié)。為了提升支護裝置的強度，本章采用左旋筋螺紋材質(zhì)的錨桿作為臨時支撐主要裝置，在此行為實施過程中，考慮到施工行為會受到多種外界條件因素與環(huán)境因素的影響，受到影響后臨時支撐會受到自身重力的影響，出現(xiàn)塌陷的問題。為了降低上述提出問題的出現(xiàn)概率，持續(xù)選擇120.0型號的鋼筋作為臨時支撐裝置的材料，并結(jié)合此種材料的支撐行為，對其支撐行為發(fā)生過程中的示意圖進行描述。如下圖1所示。

圖1 支撐行為發(fā)生過程示意圖

結(jié)合上述圖1所描述的示意圖，為了在此基礎上那個推升支撐結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，可借鑒三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，建立一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系，對臨時支撐進行穩(wěn)定結(jié)構(gòu)規(guī)劃。在完成對整體結(jié)構(gòu)的規(guī)劃與設計后，選擇對鋼管樁進行焊接處理，焊接過程中，使用至少20.0mm直徑的鋼管對其進行支撐，并使用至少100.0mm直徑的橫管作為鋼筋支撐網(wǎng)，對支護結(jié)構(gòu)進行跨度連接，確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與封閉性。以此，實現(xiàn)基于鋼管樁與拉森鋼板的基坑支護，完成該項技術設計。

2 實例分析

2.1 實驗準備

構(gòu)建實例分析，內(nèi)容為基坑支護結(jié)構(gòu)設計。本次實驗對象為某基坑，針對該基坑土層的物理學參數(shù)具體內(nèi)容，詳見表1。

表1 該基坑土層物理學參數(shù)

結(jié)合表1信息，為該基坑土層物理學參數(shù)。在此基礎上，首先，將本文設計技術設為實驗組，采用鋼管樁與拉森鋼板對該基坑執(zhí)行支護，通過matalb軟件測得其支護軸力。而后，將傳統(tǒng)技術設為對照組，同樣對該基坑執(zhí)行支護，通過matalb軟件測得其支護軸力。通過上述可知，本次實例分析中，設置對比指標為支護軸力，支護軸力能夠體現(xiàn)出該技術對基坑的支護強度，支護軸力越高證明該技術的支護穩(wěn)定性越好。

2.2 實驗結(jié)果分析與結(jié)論

支護軸力實驗數(shù)據(jù)，詳見表2。

表2 支護軸力對比表

通過表2可知，本文設計技術下，支護軸力能夠相比于對照組具有明顯的提升效果，證明此次技術設計在現(xiàn)實應用中的可行性，具有現(xiàn)實應用價值。

3 結(jié)語

本文通過實例分析的方式，證明了設計基坑支護結(jié)構(gòu)技術在實際應用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設計的必要性。因此，有理由相信通過本文設計，能夠解決傳統(tǒng)基坑支護結(jié)構(gòu)設計中存在的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對本次支護軸力測定結(jié)果的精密度與準確度進行檢驗，進一步提高支護軸力測定結(jié)果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。還需要對基坑的優(yōu)化設計提出深入研究，以此為提高基坑支護結(jié)構(gòu)設計的綜合質(zhì)量提供建議。