淺談深基坑支護結(jié)構(gòu)設計要點

蘇風水

（身份證號：1330011976****4452）

一、深基坑工程的特點

（一）風險大

深基坑支護體系一般是臨時結(jié)構(gòu)，安全儲備較小，具有較大的風險性。深基坑工程施工過程中應進行監(jiān)測，并應有應急措施。在施工過程中一旦出現(xiàn)險情，需要及時搶險。

（二）深基坑工程具有很強的區(qū)域性

如軟粘土地基、黃土地基等工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件不同的地基中其差異性很大。同一城市不同區(qū)域也有差異。深基坑工程的支護體系設計與施工和土方開挖都要因地制宜，根據(jù)本地情況進行，外地的經(jīng)驗可以借鑒，但不能簡單搬用。

（三）深基坑工程具有很強的個性

深基坑工程的支護體系設計與施工和土方開挖不僅與工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件有關(guān)，還與基坑相鄰建（構(gòu)）筑物和地下管線的位置、抵御變形的能力、重要性，以及周圍場地條件等有關(guān)。有時保護相鄰建（構(gòu)）筑物和市政設施的安全是深基坑工程設計與施工的關(guān)鍵。這就決定了深基坑工程具有很強的個性。

二、深基坑支護結(jié)構(gòu)的類型

（一）鋼板樁支護

鋼板樁應用于建筑深基坑的支護，是一種施工簡單，投資經(jīng)濟的支護方法。在軟土地區(qū)過去應用較多，但由于鋼板樁本身柔性大，因此對基坑支護深度達7 m 以上軟土地層，基坑支護不宜采用鋼板樁支護，除非設置多層支撐或錨拉桿，但應考慮到地下室施工結(jié)束后鋼板樁拔除時對周圍地基和地表變形的影響。

（二）地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻是在泥漿護壁的條件下分槽段構(gòu)筑的鋼筋混凝土墻體。由于地下連續(xù)墻具有整體剛度大和防滲性好，適用于地下水位以下的軟粘土和砂土多種地層條件和復雜的施工環(huán)境，尤其是基坑底面以下有深層軟土需將墻體插入很深的情況。

（三）內(nèi)支撐和錨桿

目前支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)支撐，常用的有鋼結(jié)構(gòu)支撐和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支撐兩類，鋼結(jié)構(gòu)支撐多用圓鋼管和大規(guī)格的型鋼。為減少擋墻的變形，用鋼結(jié)構(gòu)支撐時可用液壓千斤頂施加預應力。鋼筋混凝土支撐是近幾年深基坑施工中發(fā)展起來的一種支撐形式，它多用土模或模板隨著挖土逐層現(xiàn)澆，截面尺寸和配筋根據(jù)支撐布置和桿件內(nèi)力大小而定，它剛度大、變形小，能有力地控制擋墻變形和周圍地面的變形，宜用于較深基坑或周圍環(huán)境要求較高的地區(qū)。

三、深基坑支護結(jié)構(gòu)設計的要點

（一）深基坑支護結(jié)構(gòu)的設計計算

1.靜力平衡法與等值梁法

利用墻前后土壓力的極限平衡條件，求出支護結(jié)構(gòu)的插入深度和結(jié)構(gòu)內(nèi)力等，從理論上說，首先支護結(jié)構(gòu)前后土壓力是否達到極限狀態(tài)是很難確定的，尤其是被動土壓力情況有很大的推測性，實際工程測試已證明了這一點；其次該類方法并未考慮結(jié)構(gòu)與土體變形，而變形對土壓力重分布及結(jié)構(gòu)內(nèi)力有很大影響，故該類方法正逐漸失去它原有的地位,但對于簡單基坑開挖，靜力平衡法中一些簡化使計算變得簡單，可以憑經(jīng)驗使用。

2.彈性地基梁的m法及彈塑有限元法

m法的優(yōu)點是考慮了支護結(jié)構(gòu)與土體的變形,但也有一些問題有待解決，如計算時一般工程的參數(shù)m難以通過試驗確定，現(xiàn)有文獻提供的取值范圍各地區(qū)差別較大，該參數(shù)雖按彈性體來計算變形，物理意義明確，但實際參數(shù)m 則是一個反映彈性的綜合指標。工程實踐表明，在軟土中的懸臂樁支護采用m法計算位移與實測位移有很大差異，實測位移值可達計算值的幾倍，這說明樁后土體變形已不再屬于彈性范圍。

（二）深基坑支護結(jié)構(gòu)的設計思路

對于一個支護結(jié)構(gòu)的設計，首先要根據(jù)擬建工程的自然地形、地質(zhì)條件、當?shù)氐慕?jīng)驗及技術(shù)條件，綜合考慮來選擇一個最適合的設計方案。它應當符合國家的經(jīng)濟技術(shù)方針、政策法規(guī)和規(guī)范、規(guī)定等，且技術(shù)先進、安全可靠、造價經(jīng)濟、施工方便。因此設計首先應是概念設計，重點在于可行性方案的篩選與優(yōu)化，對支護結(jié)構(gòu)方案的選擇和優(yōu)化可按以下步驟進行：

1.對于深度不大的基坑支護工程，應首先考慮懸臂式支護結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要利用基坑地面以下土體提供的土壓力來維持支護體系平衡，主要結(jié)構(gòu)形式為樁排支護結(jié)構(gòu)和地下連續(xù)墻兩類，當邊坡土質(zhì)較好，地下水位較低時可利用樁排支護結(jié)構(gòu)。

2.地下連續(xù)墻因具有良好的抗彎性、防滲性和整體性，且對周圍環(huán)境影響較小，對地層條件適應性強，墻體長度可任意調(diào)節(jié)，適用于各種深度基坑的開挖，同時還可采用逆作法施工，因此被廣泛采用。

3.懸臂式板樁支擋的優(yōu)點是不需構(gòu)筑與拆除支撐結(jié)構(gòu)，同時為土方作業(yè)和基礎(chǔ)施工提供較自由的操作空間。

（三）深基坑設計中的兩個關(guān)鍵問題

1.關(guān)于土壓力計算參數(shù)問題

重力密度、內(nèi)磨擦角Ψ、粘聚力C，是計算土壓力時的重要參數(shù)，這些參數(shù)均是由工程地質(zhì)勘察所提供的。《工業(yè)與民用建筑工程地質(zhì)勘察規(guī)范》T規(guī)定了工程地質(zhì)勘察分為3 個階段：選址勘察、初步勘察、詳細勘察。這3 項勘察是以選址和為建筑物基礎(chǔ)設計與處理提供資料為目的的。目前，人們進行深基坑支護結(jié)構(gòu)設計時所用的土壓力參數(shù)也均是來自“詳細勘察”(或初步勘察)報告之中。而“詳細勘察”的布點一般均在建筑物基礎(chǔ)周邊線以內(nèi)，而深基坑支護結(jié)構(gòu)承受的主動土壓力是來自建筑基礎(chǔ)周邊線以外的土體。

2.關(guān)于環(huán)梁內(nèi)的彎矩問題

在應用環(huán)梁做深基坑支護時，有的設計按環(huán)梁內(nèi)沒有彎矩只有壓力考慮。按結(jié)構(gòu)力學的理論，環(huán)形剛架只有在承受均勻分布的法向力時，環(huán)梁內(nèi)彎矩才為零，(軸向壓力為qr)。但在環(huán)梁用于基坑支護時這兩個條件大多不能滿足，一是基坑多為矩形、多邊形，土壓力是沿槽邊長度分布的，每一段環(huán)梁所對應的槽邊長度不等。如在矩形槽的角部，單位長度的環(huán)梁對應的槽邊長度就較長，因此環(huán)梁所受荷載必然是不均勻的。在挖槽時不分層對稱均勻開挖，也會使環(huán)梁受力不均。