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礦區(qū)基坑支護結(jié)構計算方法及應用
礦區(qū)基坑支護結(jié)構是在礦區(qū)基坑開鑿時，在其周圍布置支付結(jié)構，主要作用是保證礦區(qū)基坑周邊和地下環(huán)境的安全性。本文對礦區(qū)基坑支護結(jié)構的實用計算方法及其應用進行研究分析。
礦區(qū)基坑是指在礦區(qū)內(nèi)的工業(yè)建筑建造地面開鑿時，開挖深度五米以上的土方工程、降水工程或支護工程，也包括開挖深度不足五米但地下管線、地質(zhì)和周邊環(huán)境復雜的土方工程、降水工程和支護工程。其中礦區(qū)基坑支護結(jié)構需要做好結(jié)構計算，保證工程質(zhì)量安全[1-2]。
1礦區(qū)基坑
礦區(qū)基坑工程屬于一項比較系統(tǒng)和復雜的建筑工程，其主要內(nèi)容包括基坑開挖和支護結(jié)構設計等，基坑開挖中由于支護機構屬于臨時搭建，當工程完工后就不再需要，因而在基坑開挖和支護結(jié)構搭建中需要結(jié)構工程和巖土工程的技術人員相互配合，共同完成工程設計[3-4]。礦區(qū)基坑的開挖深度一般在五米或五米以上，地質(zhì)情況比較復雜，深度不超過五米的礦區(qū)基坑，地下管線分布龐雜?；酆突訉儆诠こ探ㄖ幕A部分，但是平面形狀不同，基槽屬于長條形，基坑屬于方形或類方形。基坑底面積一般不超過27平米，工程在施工中需要做好數(shù)據(jù)觀測，加強防水排水設計，對于風險較大的地方需要提前制定應急方案。
2支護結(jié)構
礦區(qū)基坑工程的個性和區(qū)域性比較明顯，土方開挖和支護結(jié)構設計時需要結(jié)合當?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基坑開挖的影響較大，支護機構施工需要綜合較量地質(zhì)穩(wěn)定性?；臃雷o機構的形變能力和穩(wěn)定性會受到基坑平面形狀和深度的影響，對于軟黏土地區(qū)的基坑開挖，要考慮突破壓力和黏土的蠕變性。土方開挖會改變地下水位和應力場，地基土體變形會影響地下管線鋪設，大量外運土方也會影響棄點環(huán)境和交通等；礦區(qū)基坑開挖步驟或速率不合理會導致支護結(jié)構變形過大，主體結(jié)構樁基移位，影響整個基坑支護體系的穩(wěn)定。因而在礦區(qū)基坑開挖設計中需要做好信息監(jiān)控和數(shù)據(jù)計算。礦區(qū)基坑開挖是在地下空間挖出一個空洞，周邊會設立垂直的圍護擋土結(jié)構，這種圍護結(jié)構會在基地下插進板墻結(jié)構，板墻樣式有多撐式、懸臂式和單撐式。搭建這種支護結(jié)構是為了防止圍護欄過度變形，使墻體彎矩保持正常水平。
3基坑支護結(jié)構計算及在礦區(qū)中的應用
3.1數(shù)值分析和有限元法計算及應用
礦區(qū)基坑支護結(jié)構形式包括內(nèi)支撐結(jié)構和拉錨式支護結(jié)構，內(nèi)支撐結(jié)構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)構墻的同時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。拉錨式支護結(jié)構屬于外拉系統(tǒng)和擋土系統(tǒng)的結(jié)構。關于結(jié)構設計可以利用數(shù)值分析和有限元的方法進行數(shù)據(jù)計算?；邮芰c的計算可以利用計算機技術，主要是將土體和支護結(jié)構分成有限個單位，以單元劃分的形式依次計算。但是在計算過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結(jié)構之間的作用力。利用計算機計算支護結(jié)構，要在施工中獲取基坑數(shù)據(jù)，建立動態(tài)模型，預測分析基坑支護體系建立的實際情況。其中關于基坑受力點的計算相對復雜，利用計算機結(jié)合數(shù)值分析和有限元法能夠模擬基坑支護受力情況，可進行仿算。
3.2彈性地基梁計算及應用
彈性地基梁主要是做條形基礎用，支座有無數(shù)個，本質(zhì)上就是一個設置在彈性地基上的梁，梁中各點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)基坑支護結(jié)構中是一個豎向的梁裝置，受側(cè)向土壓力作用，因而在壓力計算中會用到庫倫土壓力理論和朗肯土壓力理論。彈性地基梁的彈性支點在基坑面以上，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，簡化看基坑面以上部分的支撐力，完成下道支撐設置后，上道支撐軸力不變，在入土段可以假設動土壓力已到極限，最后利用平衡條件求解。假設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算彈性地基梁彈性。
3.3擋土墻計算計算及應用
擋土墻是一種防止土體變形的構造物，在支撐山坡土體、路基填土中會應用到，擋土墻橫斷面與支撐土體接觸部分稱為墻背，相對臨空部分稱為墻面。由于位移方式和剛度不同，擋土墻一般可以分為臨時支撐、剛性擋土墻和柔性擋土墻幾種，因為受力方式不同，擋土墻也可以分為承重式和仰斜式。關于礦區(qū)基坑支護結(jié)構中的擋土墻計算需要進行以下幾個步驟：對于開挖面上部分需要利用桿系有限元方法進行計算，即將擋土墻豎向劃分，設置為若干個彈性地基梁單元，同時連接不同單元邊界上的節(jié)點；在擋土墻的支撐關鍵處會有一個二力桿單元，這個單元有一定的自由度。對于擋土墻開挖面的下部分會利用撓曲微分方程，利用方程解出冪級近似解。礦區(qū)基坑開挖面節(jié)點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)構設計計算時對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算。
4結(jié)語
在礦區(qū)工業(yè)建筑基坑開鑿階段，為避免發(fā)生危險，需要構建支護結(jié)構。建立支護結(jié)構是一項復雜的工作，涉及到很多關于土建、力學等知識，工序安排也較多。礦區(qū)內(nèi)整個支護體系由每個獨立單元構成，所以在施工前的總體設計中要計算好個體與整體之間的關系。礦區(qū)基坑支護機構計算及應用需要科學地規(guī)劃，確實做好保護基坑支護安全的工作。
