基坑支護設計的影響因素及計算方法

王禹

遼寧省有色地質一〇五隊有限責任公司 遼寧葫蘆島 125000

基坑支護的主要作用是保證在安全的情況下進行巖土開挖施工以及確保地下結構在巖土開挖施工過程中的安全，同時還要保證在開挖施工中周圍環(huán)境沒有受到破壞。基坑支護設計不僅要滿足支護結構本身的穩(wěn)定性、強度以及變形要求，而且還要能夠控制周圍土體的位移在容許范圍內，使基坑周邊的建筑物和構筑物不至于受到損壞，同時滿足基坑施工處于干作業(yè)狀態(tài)，確?；庸こ桃约爸苓叚h(huán)境的安全?；又ёo設計還應充分考慮施工中的便利性，確保人員、機械等方便施工，減少工作時間，縮短工程工期，以保證所設計出來的施工方案具有很好的經濟性和良好的環(huán)境效益[1]。

1 影響因素

1.1 基坑規(guī)模

基坑的平面尺寸、開挖深度以及主體結構的基礎形式都會影響基坑支護結構的選擇。弄清擬建工程的總平面布置、主體工程的地下結構等才可以確定基坑的開挖深度及形狀。在確定基坑形狀和尺寸后可以進行合理的支撐結構設計，而基坑深度的確定對擋土結構形式的選擇具有一定的影響。

1.2 土質條件

基坑事故發(fā)生的主要原因多為土質條件引發(fā)的，并且不同的土質條件適應不同的施工工藝，所以基坑支護設計要重點分析土質條件。設計前要熟知工程地質資料，以便合理的選擇基坑支護形式?；又ёo結構設計是依據勘察資料所提供的數據進行計算，勘察資料的詳細程度、準確程度將直接影響基坑工程的安全。

1.3 水文條件

地下水是基坑支護設計的又一重要影響因素。地下水的平衡狀態(tài)因基坑內土體開挖而被打破，地下水及地表含水會隨著基坑開挖而向基坑內滲流，基坑側壁的部分土體甚至整個土體由于地下水的帶動而向基坑內涌入，使得土壓力變?yōu)橹鲃?，嚴重影響基坑的安全穩(wěn)定。一般采用止水、降水、明排及回灌等形式處理地下水。

1.4 周邊環(huán)境

在基坑支護設計時，已有建筑、城市道路、地下管線等是基坑周圍主要的考慮因素。已有建筑的年代、層數、用途、地基形式等存在差異，導致對基坑的影響程度也不同。城市道路往往車流量較大，不能造成路面過大沉降。基坑開挖及降水很容易導致地下管線變形過大而破壞。因此基坑支護結構設計，必須進行實地踏勘，了解附近環(huán)境的真實情況[2]。

1.5 工程造價

評價基坑支護方案的優(yōu)劣主要分析其經濟的合理程度。在保證基坑具有正常使用功能的前提下，將多種支護方案的工程造價進行分析對比，確定最佳的支護方案。

2 計算方法

2.1 朗金土壓力計算公式

以上公式中：r—土的天然重度（KN/m3）；H—計算土體深度（m）；φ—土的內摩擦角（度）；c—土的內聚力（kPa）。

2.2 彈性地基梁法計算公式

以上公式中：kx—土體的水平方向抗力系數；y—支護樁體水平方向的位移；l—支護樁體的計算寬度。d—基坑底部產生的位移值，可取當地經驗值，無經驗時可取10 毫米；k—排樁支護的變形系數；EI—排樁樁體的抗彎剛度；H0、M0—發(fā)生在基坑底部樁體的橫向抗力和彎矩；0φ 、y0—基坑底面支護樁體的轉角值和水平位移量；A1、B1、C1、D1—常數，通過查表可知。

2.3 整體穩(wěn)定性驗算公式

公式中： qM 、kM —分別為基坑穩(wěn)定性驗算的滑動和抗滑動力矩（KN·m）。

2.4 抗傾覆穩(wěn)定性驗算公式

以上公式中：EaM —基坑外側主動土壓力在排樁底部產生的彎矩（KN·m）；EpM —基坑內側被動土壓力和錨索拉力在排樁底部產生的抵抗彎矩（KN·m）；is 、id —第i 個錨拉支點水平間距（m）和距排樁根部的垂直距離（m）； kγ 、 mγ —錨索材料所需抗力和錨固力的調整系數；sA —錨索需要配制鋼絞線的面積（mm2）；fyk—實配鋼絞線的強度標準值（N/mm2）；qsjk—地基土與錨索桿體之間的極限摩阻力標準值（KPa）。

2.5 注意事項

（1）土層參數選取。土層參數選取直接影響支護結構設計的結果，這就需要提供與工程相符的地質條件，同時也需要設計人員提高自身的設計經驗，以便選取準確的土層參數。

（2）樁身配筋選擇。樁身配筋首要考慮的就是樁身的受力情況。支護樁設計大多采用圓斷面內均勻且通長配筋，雖然保證樁身的穩(wěn)定性，但耗費鋼筋過多，經濟性不強。支護樁是在地面荷載、土壓力作用下的受彎構件，其主筋設置的數量、長度和位置應根據單跨或多跨連梁計算結果的彎矩值配筋，將主筋設置于受拉力的一側，長度也根據彎矩大小適當截斷。如此，則在保證樁身堅固的同時，減少了鋼筋的使用量，降低了成本造價。

（3）錨桿位置確定。采用樁錨支護體系時，應充分利用樁身強度，避免應力集中，錨桿應設置在錨桿支座處的樁身負彎矩與樁下端支座處的負彎矩及跨中正彎矩基本相同的位置。如這三個部位彎矩相差過大，應調整錨桿位置反復試算后確定[3]。

（4）降排水措施。基坑施工中遇到地下水和自然降水可使土體含水量增加、土質變軟，給周邊建筑物造成沉降不均和基坑側壁變形的危害，對基坑支護也會帶來比較大的影響。因此，采取降排水和止水措施十分必要。

3 結語

基坑工程不僅包含支護結構體系和擋土之間的相互影響，而且還包含土力學中的變形及強度計算，同時又要進行地下水處理，并且在支護設計及施工時要因地制宜，根據各自特點進行具體分析，所以基坑工程是既復雜又系統(tǒng)的巖土問題。