土木工程專業基坑支護畢業設計的關鍵問題解析

摘要：基坑支護設計涉及理論知識范圍廣，經驗性強;作為畢業設計選題時，設計過程中應側重于概念和方案設計。由于學生缺乏實踐經驗，本文從方案選擇、設計計算、圖紙繪制三個大方面進行詳細剖析，解決了畢業設計實施過程中的難點和重點，為教師進行畢業設計教學提供幫助。

關鍵詞：土木工程;畢業設計;基坑支護;方案選擇

中圖分類號：G642.477，TU473 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）21-0216-02

畢業設計是實踐性教學的最后一個環節，旨在培養學生綜合運用所學理論、知識和技能解決實際問題的能力。基坑支護設計是土木工程專業學生畢業設計的主要選題之一，從理論知識上涉及巖土和結構有關的多個學科[1]，能很好地鍛煉學生靈活運用大學期間所學的大部分專業理論知識。

作為畢業設計，基坑支護設計應側重于概念和方案設計，而不是施工圖設計。接下來，筆者將根據多年的設計經驗及論文指導經驗，就設計中需要解決的關鍵問題一一解析。

一、支護方案的選擇

支護方案的選擇是基坑支護設計的首要任務和核心內容。基坑是一門區域性、個異性、經驗性很強的學問[2]，支護方案千變萬化，與基坑深度、場地的工程地質條件和水文地質條件、基坑周邊環境、主體地下結構及基礎形式、基坑平面形狀及尺寸、施工的可行性及便利性等諸多因素有關。表1列出目前常見支護結構所有形式和使用條件[3]。

根據基坑的實際情況，可在基坑不同部位采用不同的支護形式，也可采用上、下部不同結構類型組合的形式。因此，支護方案的選擇靈活性很大。學生在依據表1進行方案選擇時，重點把握以下幾點：

1.深刻理解所設計基坑的原始條件，如：根據建筑結構施工圖分析基坑深度和規模等;根據勘察報告分析場地的土質條件和地下水情況;現場踏勘并結合總平面圖、地形圖及勘察報告、地下管線圖等資料綜合分析基坑周邊環境條件，并將上述基本信息一一列出。

其中，對土質條件和地下水條件分析時重點應根據《土質學與土力學》等理論課程進行初步的、定性的判斷。基坑工程中，江浙滬地區土質條件和地下水條件可歸為幾個大類：一是軟土類，軟土呈流塑狀，含水量大，但主要為結合水，降水困難，一般需真空井定點進行降水;二是可塑類至硬塑類粘性土，含水量較小，一般采用明排水即可，不需要采用井點降水;三是粉土、砂土類，通常含水量較大，排水條件較好，需要進行井點降水;四是巖石類，主要為基巖裂隙水，因巖土條件較好，無需進行降水，其支護結構受施工難度影響，優先采用土釘或放坡進行支護。

一般來說，土與水是同時存在的，因此支護方案和地下水處理方案是同時考慮的，且二者相互影響。以常州紡儀廠項目為例，該項目設2層地下室，基坑挖深9.2—9.7m。上部1—7m土層為硬塑粘性土，以下為富含承壓水的砂性土和粉土，含水量大，透水性好，且具承壓性。類似基坑的常規支護和地下水處理方案為排樁+內支撐（或錨桿）支護、截水帷幕+坑內管井疏干降水;但實際方案選擇時，結合當地特有的地質條件，采用放坡土釘墻支護及敞開式管井降水方案，大大節約了支護工程造價和施工工期[4]。因此，不同的地下水處理方案對支護方案的選擇影響很大。

2.根據基坑的基本信息確定基坑工程的設計安全等級以及變形控制要求。

3.采用優選法確定支護方案：由于學生缺乏實踐經驗，應主要依據前面“1.”、“2.”所述的條件，結合表1從大量備選方案中篩選出少量幾個較好的方案，利用優化設計綜合評判法進行方案的進一步優選，最終確定一個相對最優的方案[4]。

二、支護結構的強度及穩定性計算

確定支護方案后，需要進行支護結構的截面設計以及強度和穩定性計算。此時，應重點培養學生的“規范”意識。實際項目設計、施工等各階段都是依據現行規范或規程實施的。因此，設計計算時應讓學生去查閱相關設計規范和設計手冊，以及工程所在地的政策文件，選擇對應支護結構的計算分析參數和方法。

如支擋式結構穩定性驗算時，規范規定不同的支護類型驗算的側重點不同：懸臂式支護結構主要驗算嵌固穩定性、整體滑動穩定性，其嵌固深度一般由嵌固穩定性決定;單支點支護結構主要驗算嵌固穩定性、整體滑動穩定性、抗隆起穩定性（坑底軟土時驗算），其嵌固深度一般由三種穩定性綜合決定;多支點支護結構主要驗算整體滑動穩定性、抗隆起穩定性（坑底軟土時驗算），其嵌固深度由上述兩種穩定性綜合決定。

再如荷載組合的綜合分項系數，《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120-2012）規定為1.25，而南京地方規范規定采用1.35[6]。

三、設計圖紙的繪制

通過設計圖紙的繪制，可以考察學生對結構圖紙的表達理解能力以及運用計算機繪圖軟件的能力。畢業設計偏重于方案設計，圖紙以能夠全面準確地反映所選擇支護方案為目標。一般來說，基坑支護設計圖紙至少包含下面幾部分：支護設計總說明、周邊環境信息圖、支護結構平面布置圖、剖面圖、大樣圖、降水井平面布置圖、降水井剖面及大樣圖，可視具體情況增減或合并。

四、總結

基坑支護設計涉及理論知識范圍廣、綜合性強、經驗性強，且需滿足現行規范和規程的要求。就學生畢業設計需要完成的內容，本文從方案選擇、設計計算、圖紙繪制三個大方面進行詳細剖析，解決了畢業設計實施過程中的難點和重點，為教師進行畢業設計教學提供幫助。

參考文獻：

[1]周勇，郝哲，李永靖.基坑與邊坡工程[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.

[2]康劍偉.關于基坑設計的幾點思考[J].低溫建筑技術，2015，37（09）：134-135.

[3]JGJ 120-2012，建筑基坑支護技術規程[S].

[4]宮衛民.深基坑支護方案優選[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2008，（S1）：124-126.

[5]馬慶平.常州紡儀廠項目基坑支護方案選型分析[J].山西建筑，2017，43（04）：75-77

[6]DGJ 32/J12-2005，南京地區建筑地基基礎設計規范[S].