摘要：矿区基坑支护结构是在矿区基坑开凿时，在其周围布置支付结构，主要作用是保证矿区基坑周边和地下环境的安全性。本文对矿区基坑支护结构的实用计算方法及其应用进行研究分析。
关键词：矿区基坑；支护结构；计算方法
矿区基坑是指在矿区内的工业建筑建造地面开凿时，开挖深度五米以上的土方工程、降水工程或支护工程，也包括开挖深度不足五米但地下管线、地质和周边环境复杂的土方工程、降水工程和支护工程。其中矿区基坑支护结构需要做好结构计算，保证工程质量安全[1-2]。
1矿区基坑
矿区基坑工程属于一项比较系统和复杂的建筑工程，其主要内容包括基坑开挖和支护结构设计等，基坑开挖中由于支护机构属于临时搭建，当工程完工后就不再需要，因而在基坑开挖和支护结构搭建中需要结构工程和岩土工程的技术人员相互配合，共同完成工程设计[3-4]。矿区基坑的开挖深度一般在五米或五米以上，地质情况比较复杂，深度不超过五米的矿区基坑，地下管线分布庞杂。基槽和基坑属于工程建筑的基础部分，但是平面形状不同，基槽属于长条形，基坑属于方形或类方形。基坑底面积一般不超过27平米，工程在施工中需要做好数据观测，加强防水排水设计，对于风险较大的地方需要提前制定应急方案。
2支护结构
矿区基坑工程的个性和区域性比较明显，土方开挖和支护结构设计时需要结合当地的水文、地质条件，要集中考虑基坑地下管线和邻建物的抗变形能力。黄土地基和软黏土地基在对基坑开挖的影响较大，支护机构施工需要综合较量地质稳定性。基坑防护机构的形变能力和稳定性会受到基坑平面形状和深度的影响，对于软黏土地区的基坑开挖，要考虑突破压力和黏土的蠕变性。土方开挖会改变地下水位和应力场，地基土体变形会影响地下管线铺设，大量外运土方也会影响弃点环境和交通等；矿区基坑开挖步骤或速率不合理会导致支护结构变形过大，主体结构桩基移位，影响整个基坑支护体系的稳定。因而在矿区基坑开挖设计中需要做好信息监控和数据计算。矿区基坑开挖是在地下空间挖出一个空洞，周边会设立垂直的围护挡土结构，这种围护结构会在基地下插进板墙结构，板墙样式有多撑式、悬臂式和单撑式。搭建这种支护结构是为了防止围护栏过度变形，使墙体弯矩保持正常水平。
3基坑支护结构计算及在矿区中的应用
3.1数值分析和有限元法计算及应用
矿区基坑支护结构形式包括内支撑结构和拉锚式支护结构，内支撑结构一般是用于抵抗水压和土压，具有辅助挡土的作用，在稳定挡土结构墙的同时能够提供足够的支撑力和稳固力，在道路工程中使用较多。拉锚式支护结构属于外拉系统和挡土系统的结构。关于结构设计可以利用数值分析和有限元的方法进行数据计算。基坑受力点的计算可以利用计算机技术，主要是将土体和支护结构分成有限个单位，以单元划分的形式依次计算。但是在计算过程中既要考虑地表沉降量和基坑隆起量，又要考虑土体和支护结构之间的作用力。利用计算机计算支护结构，要在施工中获取基坑数据，建立动态模型，预测分析基坑支护体系建立的实际情况。其中关于基坑受力点的计算相对复杂，利用计算机结合数值分析和有限元法能够模拟基坑支护受力情况，可进行仿算。
3.2弹性地基梁计算及应用
弹性地基梁主要是做条形基础用，支座有无数个，本质上就是一个设置在弹性地基上的梁，梁中各点主要支撑在弹性地基上，因而梁主体刚度提高、内力减少且变形较小。由于普通的梁超静定次数是有限的，因而梁基础和地基部分直接连续接触，地基和梁共同变形，因而要同时考虑弹性地基梁、梁、地基的变形情况。弹性地基梁在矿区基坑支护结构中是一个竖向的梁装置，受侧向土压力作用，因而在压力计算中会用到库伦土压力理论和朗肯土压力理论。弹性地基梁的弹性支点在基坑面以上，基坑面以下的土层部分可代替为土弹簧作用，这种方法能够将弹性地基梁支护结果直接作为地基梁的弹性支撑结果。常用的弹塑性法和弹性法，简化看基坑面以上部分的支撑力，完成下道支撑设置后，上道支撑轴力不变，在入土段可以假设动土压力已到极限，最后利用平衡条件求解。假设变形和土坑力存在联系，可以在入土段和入土上段建立微分方程计算弹性地基梁弹性。
3.3挡土墙计算计算及应用
挡土墙是一种防止土体变形的构造物，在支撑山坡土体、路基填土中会应用到，挡土墙横断面与支撑土体接触部分称为墙背，相对临空部分称为墙面。由于位移方式和刚度不同，挡土墙一般可以分为临时支撑、刚性挡土墙和柔性挡土墙几种，因为受力方式不同，挡土墙也可以分为承重式和仰斜式。关于矿区基坑支护结构中的挡土墙计算需要进行以下几个步骤：对于开挖面上部分需要利用杆系有限元方法进行计算，即将挡土墙竖向划分，设置为若干个弹性地基梁单元，同时连接不同单元边界上的节点；在挡土墙的支撑关键处会有一个二力杆单元，这个单元有一定的自由度。对于挡土墙开挖面的下部分会利用挠曲微分方程，利用方程解出幂级近似解。矿区基坑开挖面节点在挡土墙上基本满足变形协调条件和静力平衡方程。挡土墙结构设计计算时对于室外地面活荷载一般取10kN每平米，荷载较小可取5kN每平米；地下室护坡桩的值可以取0.33，覆力重度在18~20之间，调幅系数不能过大，0.9或0.95即可。多层或单层外墙，可以按照连续单向板或仅按照单向板计算。
4结语
在矿区工业建筑基坑开凿阶段，为避免发生危险，需要构建支护结构。建立支护结构是一项复杂的工作，涉及到很多关于土建、力学等知识，工序安排也较多。矿区内整个支护体系由每个独立单元构成，所以在施工前的总体设计中要计算好个体与整体之间的关系。矿区基坑支护机构计算及应用需要科学地规划，确实做好保护基坑支护安全的工作。
参考文献
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作者：孙廷仁 单位：山东省华鲁工程总公司
