淺談建筑深基坑支護結構設計

陳威宇

摘 要：近年來，高層建筑的興起，有效地推動了建筑施工技術的發展，深基坑支護是當前建筑施工中廣泛應用的重要技術，對于施工的安全性和質量具有直接的影響，所以加強建筑深基坑支護結構的設計具有極其重要的意義。文章從基坑支護的設計內容、原則、方法入手，分析了深基坑支護結構設計時檔墻選型及支撐體系選型，并進一步對支護結構的圍護墻計算進行了具體的闡述。

關鍵詞：深基坑支護；結構設計；探討

目前在建筑施工中，基坑支護設計是其中十分重要的部分，由于基坑支護設計受到較多因素的影響，所以在進行設計時需要對其設計的科學和合理進行充分的考慮，確保施工的安全。

1 基坑支護的設計內容

在通常的基坑支護設計中，其設計內容多數是以支護體系的方案比較和造型，支護結構的強度和變形驗算為主。同時在設計時還要對土壓力、水壓力、地面超載、側向荷載、施工荷載及鄰近基礎工程施工的影響進行充分地考慮，確保施工時的安全。

2 基坑支護結構的設計原則與方法

在進行基坑支護結構設計時，需要以安全可靠、經濟合理及便于施工作為其設計的基礎原則，并在此基礎上選擇適合的設計方法。在進行基坑支護結構設計時，需要依據極限狀態表達式來進行，同時還要對支護結構的極限狀態進行劃分，通常以承載能力極限狀態和正常使用極限狀態為主。承攬能力極限狀態其所對應的狀況時支護結構已達到了最大限度的承載能力或是土體存在著失穩、變形嚴重從而導致支護結構或基坑周圍環境受到破壞。而正常使用極限狀態則是指支護結構發生變形已影響到結構施工的或是周邊環境的正常使用功能。所以在進行基坑支護結構設計時，需要對其承載力極限狀態進行計算，通過對土體穩定笥、結構承載力及錨桿、支撐的承載力和穩定性進行計算后，從而對極限狀態進行掌握。另外對于支護結構變形有限定的基坑側壁，則還需要驗算基坑周邊環境及支護結構變形的情況。

3 支護結構擋墻的選型

在基坑支護結構設計時，對于支護結構擋墻的選型會受到許多因素的影響，所以在選型時需要以滿足施工要求為前提，盡可能的減少可能對周邊環境所帶來的影響，更利于施工及取得較好經濟效益方面來進行考慮，在技術方面和經濟方面進行相互對比后，選擇最佳的擋墻選型。另外在進行擋墻選型時，還要充分的考慮到所選檔墻與支撐選型、地下水位及挖土方案的配套性，確保選型的正確性和合理性。

3.1 鋼板樁

比較常用的鋼板樁有簡易槽鋼和熱軋鎖口兩種，而熱軋鎖口鋼板樁其主要以U型、Z型、一字型、H型和組合型等形式為主，通常情況下我國在基坑支護結構設計中多以U型鋼板樁為主，通過相互咬接從而形成板樁墻，其他形式的較為少用，組合型的鋼板樁往往只是在基坑較深時才能使用。

3.2 鋼筋混凝土板樁

鋼筋混凝土板樁應用的時間較為久遠，可以稱為傳統的支護結構，其截面當有一定的擋水作用，而且在使用完后則作地基的一部分留在里面不再拔除。

3.3 鉆孔灌注樁排樁擋墻

目前這種結構在施工中應用較為廣泛，其是做成排樁擋墻，利用頂部澆筑鋼筋混凝土圈梁來設成內支撐體系。由于擋墻具有較大的鋼度，抗彎能力較好，具有較小的變形，所以無論是在土質較好地區還是在軟土地區都可以使用，而且具有較好的經濟性。但由于其需要永久的留在地基土中，所以會對以后地下工程施工造成一定的影響。當前由于技術限制，還無法做到完整的相切，樁之間還有一定的間隙，使擋水效果受到一定的影響，所以在需要進可以將其與深層攪拌水泥土樁擋墻進行組合使用，不僅有效地增強了抗彎能力，而且還起到良好的擋水作用。

3.4 H型鋼支柱、木擋板支護擋墻

這種支護結構適用于土質較好、地下水位較低的地區，國外應用較多，國內也有應用。如某大廈深23.5m的深基坑即用這種支護結構，它將長27m的488mm×300mm的H型鋼按1.1m間距打入土中，用三層土錨拉固。H型鋼支柱按一定間距打入，支柱間設木擋板或其他擋土設施，用后可拔出回收重復使用，較為經濟，但一次性投資較大。

3.5 地下連續墻

地下連續墻是當前深基坑施工中應用最多的支護結構，而且對于地下水較高的地區更具有適用性，許多地鐵車站由于其緊臨地下管線及地下的建筑物及構筑物，所以通常都會選擇采用地下連續墻作為支護方案。

3.6 土釘墻

在進行基坑邊坡支護時通常會采用土釘墻，其是將原位土體利用土釘加固后來確保基坑邊坡的穩定性，其組成部分是土釘、鋼絲網噴射混凝土面板和加固后的原位土體。利用土釘墻進行支護不信具有較好的經濟性，而且施工簡單，易于結構設計，通常在地下水位以上及具有良好密實度的砂土地層上使用。

4 支撐體系的選型

在深基坑施工中，當深度較大時，則需要利用支撐系統來加強懸臂檔墻的強度的抗變形能力。支撐體系通常分為內支撐和外拉錨兩種，對于較淺的基坑施工時采用內支撐，利用鋼板樁擋墻將其固定在錨樁上，從而增加強度也有采用圓鋼管和H型鋼來增強擋墻的抗變形能力的，同時為了具有良好的預頂力，在利用鋼結構支撐時可以采用液壓千斤頂。也有采用鋼筋混凝土支撐結構的。而在深度較大的基坑施工時，才會用到外拉錨。

5 支護結構的圍護墻計算

5.1 荷載與抗力計算

支護結構擋墻需要承載的荷載較多，不僅有土壓力和水壓力，而且還有來自于地面的水平荷載。要想對這些荷載進行精確計算具有較大的難度，而且這其中存在著較多的影響因素，特別是土壓力的計算，不光與土質有關，還要考慮到擋墻的剛度、施工方法、基坑空間及氣候條件等等，所以在計算時往往會利用荷載和抗力公式化來進行計算。

5.2 支護結構計算

在設計時，對于深基坑，由于其地下連續墻和排樁應用的較多，而且所承受的荷載也十分復雜，不僅需要對通常情況下的荷載進行考慮，同時由于支護結構作為主體結構的一部分，還會受到來自于上部結構所傳來的荷載及地震作用，對于溫度變化和混凝土收縮和徐變所引起的變形及時空效應都要進行充分的考慮。排樁和地下連續墻支護結構的破壞，包括強度破壞、變形過大和穩定性破壞。其強度破壞或變形過大包括：拉錨破壞或支撐壓曲，過多地增加了地面荷載引起的附加荷載，或土壓力過大、計算有誤，引起拉桿斷裂，或錨固部分失效、腰梁破壞，或內部支撐斷面過小受壓失穩。為此需計算拉錨承受的拉力或支撐荷載，正確選擇其截面或錨固體。

6 結束語

在實際施工中，深基坑支護可以選擇的類型較多，所以需要根據施工的具體情況及相關的工程經驗來進行選取，同時基坑支護作為一種結構體系，要設計時要充分地滿足穩定性和變形的要求，具有良好的承載能力。同時在設計時還要根據具體的水文和地質條件來進行分析，從而確保支護結構的安全性、適用性和經濟性。

參考文獻

[1]余志成，施文華.深基坑支護設計與施工[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[2]李鐘.深基坑支護技術現狀及發展趨勢（一）[J].巖土工程界，2008，（1）.