劉高喜，吳鳳珍

（河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

在很多施工項(xiàng)目具體施工的過(guò)程中，需要涉及深基坑的挖掘。為了確保工程整體的安全性，就需要對(duì)深基坑的施工質(zhì)量進(jìn)行把控。在深基坑施工的過(guò)程中，因?yàn)榫哂幸欢ǖ耐诰蛏疃龋枰C合土方挖掘、支護(hù)、降水防護(hù)等諸多具體施工步驟，進(jìn)而能夠確保在深基坑挖掘的過(guò)程中有著更高質(zhì)量的挖掘效果。特別是深基坑挖掘過(guò)程中的支護(hù)技術(shù)，在進(jìn)行深基坑挖掘支護(hù)的過(guò)程中，有著很大的風(fēng)險(xiǎn)，這些風(fēng)險(xiǎn)大多數(shù)是由于地基壓力值不穩(wěn)定導(dǎo)致的。因此，在進(jìn)行深基坑挖掘的過(guò)程中，就需要更加精準(zhǔn)地估算地基承載力特征值。但是，由于深基坑挖掘深度較大，在很大程度上深基坑的地基會(huì)受到地下水的影響，導(dǎo)致地基壓力值出現(xiàn)大范圍波動(dòng)，給實(shí)際估算帶來(lái)較大阻礙。如果地基承載力特征值估算錯(cuò)誤，則會(huì)直接影響深基坑支護(hù)效果，更是會(huì)給深基坑的施工和使用帶來(lái)巨大的安全隱患。因此，在針對(duì)深基坑地基承載力值具體估算的過(guò)程中，需要結(jié)合地下水給深基坑地基帶來(lái)的承載力變化影響，需要對(duì)深基坑工程的承載力特征值進(jìn)行準(zhǔn)確的估算。

1 深基坑巖土工程地基承載力特征值估算方法研究

針對(duì)深基坑巖土工程的地基承載力特征值進(jìn)行估算的時(shí)候，一定要采取科學(xué)的估算手段進(jìn)行估算，這樣才能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出深基坑地基的承載力。并且，在進(jìn)行特征值估算的過(guò)程中，需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地下水情況展開(kāi)估算，要考慮到地下水給深基坑地基帶來(lái)的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深基坑支護(hù)，才能夠更加確保支護(hù)效果相對(duì)安全，能夠保障深基坑正常施工與使用。同時(shí)，在進(jìn)行承載力特征值估算的過(guò)程中，還需要利用一個(gè)節(jié)點(diǎn)三維單元處理方式對(duì)所有數(shù)值進(jìn)行處理，通過(guò)計(jì)算三維坐標(biāo)中的位移量的方式最終對(duì)承載力特征進(jìn)行估算。

1.1 估算地下水對(duì)巖土工程地基壓力值

深基坑在挖掘的過(guò)程中，會(huì)受到來(lái)自地下水壓力的影響，導(dǎo)致深基坑地基的承載力發(fā)生變化。特別是隨著深基坑挖掘深度不斷變化，地下水給地基的壓力值也會(huì)不斷發(fā)生變化。在深基坑具體挖掘的過(guò)程中，需要考慮到挖掘深度與地下水對(duì)地基壓力值變化產(chǎn)生的影響。因此，在進(jìn)行深基坑挖掘的過(guò)程中，就需要結(jié)合規(guī)范的公式，估算地下水給深基坑地基的壓力值，通過(guò)科學(xué)計(jì)算壓力值的方式，能夠優(yōu)化支護(hù)技術(shù)，確保深基坑施工安全。

在進(jìn)行具體估算的過(guò)程中，需要保證軸心荷載，并且在此基礎(chǔ)上，地基底面的壓力應(yīng)該滿(mǎn)足Pr≤fa。在這個(gè)關(guān)系式中，fa代表的是修正之后的地基承載力的具體系數(shù)，而Pr表示的是相應(yīng)的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。在結(jié)合兩組系數(shù)進(jìn)行地基壓力承載力估算的過(guò)程中，需要滿(mǎn)足關(guān)系式：pr=（fr·Gr）/S。在這個(gè)計(jì)算公式中，fr代表的是深基坑地基所承受的垂直關(guān)系的豎直力值；Gr代表的是地基的自身重量和土層的重量；S代表的是深基坑地基的實(shí)際面積。在進(jìn)行具體計(jì)算的過(guò)程中，需要結(jié)合地基受到的地下水給的壓力，并以地下水壓力作為評(píng)估對(duì)象。在估算的過(guò)程中，首先設(shè)定深基坑地基的主體結(jié)構(gòu)的寬度是地下水寬度的2倍，并且需要把超出載重部分折算到地基土層厚度確保有效力完整。同時(shí)，在計(jì)算的過(guò)程中，還需要考慮到地下水與深基坑的2種存在方式，在不同存在方式下估算的結(jié)果會(huì)有著很大的差異性。

（1）地下水與深基坑的第一種位置關(guān)系：地下水在深基坑地基的下面，且地下水與深基坑地基還有著很大距離，地下水對(duì)深基坑地基不產(chǎn)生浮力作用。在進(jìn)行深基坑地基承載力計(jì)算的過(guò)程中，需要用到的公式為：Pr=（fr·Gr）/S-γH。在這個(gè)公式中γ所代表的是地下水的具體容量。通過(guò)對(duì)地下水容量的測(cè)量，并結(jié)合上述公式進(jìn)行計(jì)算，是非常有必要的，其能夠結(jié)合地下水給地基的實(shí)際浮力，對(duì)于后期深基坑支護(hù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)有著很大的幫助；另外，H表示的是地下水的深度。水的浮力與其深度有著直接的關(guān)系，結(jié)合地下水的總量γ進(jìn)在與H相乘，就能夠算得更加準(zhǔn)確的地下水給地基產(chǎn)生的浮力，在此基礎(chǔ)上，能夠具有更加詳細(xì)的支護(hù)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，對(duì)于提高深基坑的安全性有著很大的幫助。在：Pr=（fr·Gr）/S-γH公式的運(yùn)用中，深基坑的地基沒(méi)有受到地下水的浮力，一般情況下，只需要對(duì)土體給地基帶來(lái)壓力進(jìn)行計(jì)算即可，計(jì)算出來(lái)的反方向力，就是深基坑的實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度。

（2）地下水與深基坑的第二種位置關(guān)系：地下水水位超過(guò)了深基坑地基。在這種情況下，深基坑的地基所承受的力就會(huì)更加復(fù)雜，其中主要包括了地下水的浮力、周?chē)馏w的壓力、支護(hù)設(shè)備等增強(qiáng)體的壓力。在這種情況下，進(jìn)行地基承載力特征值計(jì)算的過(guò)程中，就需要考慮到很多因素。首先，需要考慮到地基深入地下水水位的高度，這個(gè)高度值越大，地下水給地基帶來(lái)的浮力也就越大。其次，還需要考慮深基坑增強(qiáng)體和支護(hù)設(shè)備給地基的壓力。增強(qiáng)體和支護(hù)設(shè)備的壓力，與兩者的重量有著直接的關(guān)系，而增強(qiáng)體和支護(hù)設(shè)備的重量，又與地下水給深基坑地基的浮力有著直接的關(guān)系。因此，在這種情況下計(jì)算地基承載力特征值，就需要考慮非常多的因素。并且，地下水有著較大的不穩(wěn)定性，在這個(gè)過(guò)程中，地基所承載的力也是不穩(wěn)定的，所以在計(jì)算特征值的時(shí)候又會(huì)有著很大量的計(jì)算過(guò)程。

在地下水與地基的第二種位置關(guān)系下，為了確保特征值估算結(jié)果更加準(zhǔn)確，一般情況下需要用到兩個(gè)公式，分別是：fr=m（R/S）+β（1-m）ft和fr=m（R/S）+（1-m）fα。在這兩個(gè)公式中，其中fr所代表的是進(jìn)行修正之后的地基承載力系數(shù)。進(jìn)行修正的內(nèi)容主要包括了地下水給地基帶來(lái)的浮力、地基周?chē)鰪?qiáng)體的壓力、深基坑內(nèi)支護(hù)設(shè)備給地基的壓力等。另外，m所代表的是面積置換率，R代表的是地基樁之間的承載力系數(shù)。深基坑內(nèi)會(huì)有很多地基樁，這些地基樁所承載的力，也會(huì)隨著深基坑的深度變化而發(fā)生變化。再次，公式中的α表示的是土強(qiáng)度系數(shù)。隨著深基坑挖掘不斷深入，周?chē)馏w給深基坑帶來(lái)的壓力也會(huì)不斷增強(qiáng)，進(jìn)而土強(qiáng)度系數(shù)會(huì)隨著深基坑挖掘深度的增加而提高。最后，公式當(dāng)中的β代表的是樁間圖強(qiáng)度折減系數(shù)。深基坑內(nèi)的地基樁，會(huì)給其周?chē)馏w的強(qiáng)度帶來(lái)變化，這與地基樁的埋入深度有著直接的關(guān)系。在fr=m（R/S）+β（1-m）fs和ft=m（R/S）+（1-m）fα公式具體應(yīng)用的過(guò)程中，需要綜合考慮到地基內(nèi)的地下水深埋寬度。一般情況下，當(dāng)深埋寬度＞3 m的時(shí)候，就需要對(duì)公式中的m數(shù)值進(jìn)行修正，以確保對(duì)承載力特征值估算結(jié)果的相對(duì)準(zhǔn)確性。

1.2 確定深基坑荷載系數(shù)

在對(duì)深基坑地基承載力特征值進(jìn)行估算的過(guò)程中，還需要確定深基坑的荷載系數(shù)。地基的荷載系數(shù)，也就是地基所能夠承受的最大的力。地基在深基坑內(nèi)，需要承受深基坑基礎(chǔ)力和上部結(jié)構(gòu)的力。這些力都會(huì)直接作用到地基上，因此，需要確定深基坑的荷載系數(shù)大小。深基坑的荷載系數(shù)，與地基和上部結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面有關(guān)系，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)科學(xué)性會(huì)直接影響到深基坑地基的荷載系數(shù)。在進(jìn)行地基設(shè)在系數(shù)確定的實(shí)踐中，需要應(yīng)用到應(yīng)力擴(kuò)散法。該方法的應(yīng)用，是將深基坑內(nèi)的土層看作等效復(fù)合土層，并和下臥層共同組成兩層地基。在進(jìn)行荷載系數(shù)確定的過(guò)程中，需要充分考慮到地下水的作用，并在此基礎(chǔ)上對(duì)承載力驗(yàn)算區(qū)域的荷載系數(shù)進(jìn)行確定。承載力驗(yàn)算區(qū)域，主要包括有兩個(gè)，也就是上述的等效復(fù)合土層，即加固區(qū)，另一個(gè)結(jié)構(gòu)就是下臥層。

在進(jìn)行深基坑地基荷載系數(shù)確定的過(guò)程中，還需要結(jié)合兩種荷載類(lèi)型進(jìn)行系數(shù)的具體確定。這兩種荷載類(lèi)型分別為長(zhǎng)方形基礎(chǔ)與條形基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行系數(shù)確定的實(shí)踐中，還需要用到公式：P2=Bdpf/（B+2Dtanθ）（d+2Dtanθ）。在該公式中，其中的B所代表的是荷載長(zhǎng)度，d代表的是荷載寬度。上文論述到兩種荷載類(lèi)型，其中一種是長(zhǎng)方形。所以，在進(jìn)行長(zhǎng)方形荷載類(lèi)型系數(shù)計(jì)算的過(guò)程中，就需要用到B和d兩個(gè)值。其次，公式中的Pf所代表的是深基坑地基上的作用荷載，也就是在地基上的加固區(qū)給地基施加的荷載力。另外，公式中的D所代表的是深基坑的加固深度。深基坑的加固深度會(huì)直接影響到地基荷載系數(shù)，在一定程度上，需要對(duì)D值進(jìn)行精確計(jì)算與統(tǒng)計(jì)。最后，θ代表的是應(yīng)力擴(kuò)角度。在深基坑內(nèi)，應(yīng)力擴(kuò)散是有角度的，所以，在進(jìn)行荷載系數(shù)確定的時(shí)候，一定要對(duì)θ角進(jìn)行科學(xué)的判定。

在上述公式的應(yīng)用中，主要針對(duì)的是長(zhǎng)方形基礎(chǔ)荷載類(lèi)型進(jìn)行的計(jì)算。如果是針對(duì)長(zhǎng)條形基礎(chǔ)荷載類(lèi)型進(jìn)行計(jì)算，只需要將D與d排除在外即可，這樣就能夠?qū)﹂L(zhǎng)條形荷載類(lèi)型的荷載系數(shù)進(jìn)行確定。

1.3 完成承載力特征值的估算

在結(jié)合上述公式與相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，需要對(duì)深基坑巖土地基承載力特征值進(jìn)行估算，在實(shí)際估算的過(guò)程中，為了提高估算結(jié)果的準(zhǔn)確性，一般情況下會(huì)運(yùn)用到限元分析法。通過(guò)對(duì)公式中某個(gè)元進(jìn)行限制，分類(lèi)討論的方式，能夠在不同數(shù)值下對(duì)深基坑地基承載力特征值進(jìn)行估算。這種估算方式雖然較為復(fù)雜，但是能夠?qū)⒅T多因素考慮在內(nèi)，大幅度提高了估算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，還可以將深基坑看做一個(gè)三維結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上能夠減少估算量，并且可以不影響到后期的估算結(jié)果。

2 實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)選擇了一個(gè)深度10 m、寬度為22 m的深基坑作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。在具體實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，確定了該深基坑采用的支護(hù)技術(shù)為土釘結(jié)構(gòu)，并對(duì)該深基坑的巖土情況進(jìn)行基礎(chǔ)測(cè)量。在實(shí)驗(yàn)具體實(shí)施的過(guò)程中，需要選擇深基坑內(nèi)不同深度作為測(cè)試點(diǎn)，結(jié)合不同數(shù)值的應(yīng)用做估算實(shí)驗(yàn)。

在具體操作中，確定好各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)之后，需要在試驗(yàn)點(diǎn)上安裝電子位移計(jì)、壓力機(jī)等測(cè)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)備。

安裝完成后，就可以對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行處理，通過(guò)不斷調(diào)整加載級(jí)別的方式，對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)上的數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并用作實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)中，主要使用到了三種估算方法，分別是復(fù)合地基樁間土承載力特征值估算法、基礎(chǔ)地基承載力數(shù)值估算法和深基坑巖土工程地基承載力特征值估算法。在進(jìn)行估算的過(guò)程中，結(jié)合試驗(yàn)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征值的估算。并且在估算的過(guò)程中還需要使用到有限元模型尺，對(duì)工程的實(shí)際情況與周?chē)h(huán)境進(jìn)行確定，并利用信息系統(tǒng)建立起有限元模型。

研究中，通過(guò)設(shè)計(jì)深基坑不同深度的試驗(yàn)點(diǎn)，可以有效模擬深基坑在實(shí)際挖掘中所承受的力。特別是能夠在不同深度試驗(yàn)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，可以模擬地下水給深基坑帶來(lái)的壓力，并模擬深基坑支護(hù)強(qiáng)度。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)中，還針對(duì)三種不同估算方法進(jìn)行特征值的估算，具有明顯的對(duì)比意義，使研究結(jié)果更加完善。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)相關(guān)儀器測(cè)量到的不同深度的試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)值作為本次實(shí)驗(yàn)的主要數(shù)據(jù)，并分別通過(guò)三種估算方式進(jìn)行特征值的估算，最終對(duì)比哪種估算方法估算的結(jié)果準(zhǔn)確率最高，且估算過(guò)程相對(duì)便捷。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，以測(cè)量?jī)x器得到的承載力數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比值，傳統(tǒng)估算方法1得到的承載力數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值相差最大，相差的沉降量數(shù)值平均在105 N左右；傳統(tǒng)估算方法2得到的承載力數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)承載力值相差較大，與標(biāo)準(zhǔn)值相差60 N左右；而文中研究的特征值估算方法得到的測(cè)試點(diǎn)承載力數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值基本一致，誤差在5 N左右。與兩種估算方法相比，文中估算方法估算出的深基坑承載力數(shù)值更加準(zhǔn)確，適合在實(shí)際估算中使用。因此，在現(xiàn)階段下，進(jìn)行深基坑地基承載力值進(jìn)行估算的過(guò)程中，運(yùn)用深基坑巖土工程地基承載力特征值估算法有著明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠大幅度提高估算準(zhǔn)確率。同時(shí)，在使用該估算法進(jìn)行估算的過(guò)程中，需要重點(diǎn)結(jié)合地下水給深基坑地基帶來(lái)的影響，進(jìn)而確保估算結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3 總結(jié)

深基坑施工在當(dāng)前諸多施工中都有涉及，特別是隨著我國(guó)施工技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，對(duì)深基坑施工質(zhì)量要求也在不斷提高。在此基礎(chǔ)上，為了提高深基坑挖掘安全性與支護(hù)效果，就需要對(duì)深基坑地基承載力進(jìn)行估算。在進(jìn)行估算的過(guò)程中，采用深基坑巖土工程地基承載力特征值估算法應(yīng)用效果最好，估算的結(jié)果除了更加準(zhǔn)確以外，還具有估算步驟簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。但是，該方法實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，還需要注意地下水給地基帶來(lái)的浮力影響，需要綜合考慮深基坑施工環(huán)節(jié)與要素進(jìn)行估算。