巖土工程中的基坑支護設計方案選擇與優化

王海號

摘要：隨著地下空間的不斷開發建設，深基坑開挖作為施工建設中的重點及難點，對整個工程項目質量具有較大影響，為保證基坑質量，本文根據多年工程實踐，對如何合理選擇基坑支護方案與優化進行分析，以期解決重難點問題，供同行借鑒參考。

關鍵詞：資料收集；釘墻支護結構；排樁支護結構

前言

巖土工程基坑支護過程中需根據地形、地質情況進行合理選擇深基坑支護體系，做好方案優化設計，不僅可以提升深基坑施工安全，還能防止對周圍工程和環境造成影響，避免施工過程中出現滑坡、坍塌等問題，保證施工人員的生命財產安全，促進巖土工程行業持續化發展。

一、深基坑支護結構種類特點分析

（一）放坡挖掘

由于放坡挖掘只對土質的要求高，在技術方面的要求低，所以進行放坡挖掘施工時成本比較低。此外，對于放坡挖掘施工場地也有一定的要求，如果放坡的場地過小，不能滿足放坡所需要的面積，則不利于放坡施工的正常開展。如果放坡場地不能改變且場地較小，那么就要在放坡工地周圍設置防護措施。放坡的坡度是根據土質的狀況、放坡周圍土體的荷載能力和施工技術、施工設備決定的，同時，放坡的坡度要滿足設計要求，確保邊坡不會發生坍塌。

（二）土釘墻支護結構的特點

土釘墻是由天然土體通過土釘墻就地加固并與噴射砼面板相結合，形成一個類似于重力擋墻以此來抵抗墻后的土壓力，從而保持開挖面的穩定，這個土擋墻就被稱為土釘墻支護結構。土釘墻支護結構的優點如下：支護穩定性高、施工成本小、施工場地小。在利用土釘墻支護結構對邊坡進行支護前，要對施工區域周圍土體和環境進行勘測，對勘測到的數據進行分析，以滿足工程的施工需求。

（三）排樁支護結構的特點

排樁支護結構是以某種樁型按隊列布置組成的基坑支護結構，多用于深基坑施工場地。通常由支護樁、支撐及防護滲帷幕等組成。排樁可根據施工情況分為懸臂式支護結構、拉錨式支護結構、內撐式支護結構和錨桿式支護結構。

在進行排樁支護結構施工前，技術人員會先對施工區域邊坡的土質、地下結構狀況等情況進行勘測。然后根據勘測的數據設計方案，如圖1所示。對深基坑進行排樁支護的施工中，要注意對樁體的深度和支撐力進行估算，然后要根據實際情況和設計要求排列樁體。如果深基坑的深度處于中等深度時，可利用樁體長度<5m的樁體，并采用懸臂式排樁的方式進行排樁。

圖1 排樁支護結構示意圖

二、深基坑如何選取合適的支護結構

（一）施工前的資料收集

在進行深基坑施工前，為了使設計方案更加科學，可行性更高，所以就要對施工區域的實際情況進行詳細勘察，并將收集到的信息進行深入研究和處理。

深基坑的數據收集主要包含3個方面：土質狀況、地下水狀況、施工區域周邊環境情況。將這3個方面的數據收集完成后，就可結合數據進行工程方案設計了。

在進行深基坑施工時要對施工場地周邊的土質狀況進行勘測。主要勘測出周邊土層形成的原因、土層的結構類型、土質的含砂量情況；還要對基坑周邊環境進行調查分析，如施工區域周邊的河道情況、山體穩定狀況等影響施工安全的因素；這些因素都可為工程設置支護結構提供參數，確保支護結構的穩定性。對基坑施工產生主要影響的是施工區域和施工區域周邊的地下水位，地下水位較高時會提高施工難度。所以，在進行施工前，還要收集施工區域及周邊地下含水層的水位變化信息，地下水的流通線路和流量大小，與其它地下水的聯通狀況；觀察深基坑坑底是否出現含水層，如果出現含水層，還要測量該地下水的污染情況，是否具有腐蝕性，方便施工選擇適合的機械設備進行施工。

（二）選取設計方案考慮的因素

施工前將施工區域及周邊環境的信息收集處理后，需根據這些信息來選擇合適的施工方案。施工方一般會制定多個施工方案，然后從這些施工方案中挑取兩個或兩個以上的方案進行資金預算，此外，還要從施工技術、施工時間來對比，從而選出最優的施工方案來進行支護施工。在進行深基坑施工的過程中可能會出現一些問題，這些問題是隨機產生的，會對工程的質量產生一定的影響。所以，為了避免這些問題的出現，在設計施工方案的時候進行了優化，但在優化的同時又增加了施工成本和施工時間，所以為了能選取到最佳的支護方案，要綜合以下因素進行選擇：

1.任何工程在方案設計的時候都要考慮安全因素，而支護工程就是為了保證基坑施工的安全性，所以支護方案的選取要更加注重安全性的考慮。因為支護工程屬于臨時性施工，在基坑工程完成后就會對其進行拆除，所以除了安全因素以外，還要考慮經濟性。安全性更高意味著成本就更高，為了解決這一難題，施工方一般會根據施工工程所需要的安全等級來選取最佳的支護方案。

2.在進行支護施工時還要重點考慮土層凝聚力和內摩擦角指標。通過對以往的支護工程案例分析，軟土層的土層凝聚力和內摩擦角指標是決定整個工程安全性的重要因素。所以，在進行支護方案選取前要通過收集到的信息確定土層凝聚力和內摩擦角指標的取值，然后根據土層凝聚力和內摩擦角指標的取值選取最優的設計方案。

三、對深基坑支護方案的數據進行優化

（一）對樁徑與樁間距進行優化

決定支護結構穩定性的因素有：樁徑和樁間距。因為基坑支護結構的穩定性會隨著樁徑數量的增多而提高，基坑變形率也最小。但當樁徑的數量達到一定值后，對穩定性的影響就不大了。在穩定性提高的同時，樁徑的數量也會增多，從而就會增加施工成本。

基坑支護結構的穩定性還會隨著樁間距的變大而降低，樁間距越大，樁的數量就越少，那么樁體間的土體就會露出，從而使基坑支護結構變得不穩定，增加基坑的變形率；樁間距越小，樁的數量就越多，樁體間的土體就不容易露出來，使支護結構更穩定，從而降低基坑的變形率。但間距越小，工程造價就越高，所以樁間距不能太大也不能太小，這樣既可保證支護的穩定性，又可降低工程造價。施工方一般會利用土拱效應來確定樁間距，樁間距的計算如式（1）所示。

（1）

式（1）中，lmax一各樁之間的實際距離；B一樁的寬度；q一土體均布的推力。

在將各樁之間的實際距離算出后，還要×安全系數，安全系數用k來表示，k=0.85，所以樁間距的最后結果應是L=lmaxk+B。

（二）對樁的嵌固深度進行優化

支護設計的穩定性還與樁的嵌固深度有關。樁的嵌固深度越深，雖提高了樁的穩定性，但深度達到一定值后，就不會對穩定性有所影響了。樁的嵌固深度越淺，支護結構越不穩定。所以，樁的嵌固深度也要進行合理選取，選取深度時要考慮安全性和經濟性兩個因素，步驟如下：選取深度值首先要根據以往的施工經驗進行估值，然后再對其進行穩定驗算，進一步確定深度值。如果該深度值達到安全系數所規定的值，則確定該深度值為樁的嵌固深度值；如果該值沒有達到安全系數所規定的值，那么就繼續加大深度值進行穩定驗算，直到深度值達到安全系數的最小值為止。

四、結束語

綜上所述，在深基坑工程施工過程中，支護方案的選擇對工程的施工安全和施工成本會產生較大的影響，文章對基坑支護方案的選擇和優化設計進行了分析，選擇出了符合實際情況的基坑支護方案，值得推廣應用。

參考文獻

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（作者單位：深圳市華地巖土工程有限公司）