深基坑支护结构设计分析
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作者: 刘利艳
摘 要：近年来建设行业发展的速度较快，建筑施工技术也得以较快的发展起来，深基坑施工作为建筑施工中非常重要的一项工作，其不仅具有复杂性，而且对技术要求也较高。所以需要对深基坑支护结构进行合理设计，确保其工程进度、质量和造价都能达到预期的标准。文中从深基坑支护方案设计要点入手，对深基坑支护结构类型进行了分析，并进一步对深基坑支护结构中技术难点进行了具体阐述。
关键词：深基坑支护；设计要点；结构类型；技术难点
1 深基坑支护方案设计要点
在深基坑支护施工中，由于对其影响因素较多，所以需要在设计方案上要进行详细的设计，明确的确定围护结构形式、支撑和锚固系统、地下水控制及深基坑检测等多方面的问题，确保深基坑支护方案的合理性。
1.1 影响深基坑支护方案确定的主要因素
在进行深基坑支护结构设计时，对其方案带来影响的因素较多，不仅需要受到深基坑所处场地的土层及土质物理学性质的影响，同时还会受到周边管线及临近建筑物的影响，地下水的分布及水位的高也会对深基坑支护方案的设计带来一定的影响，另外还要在方案设计时充分的考虑到深基坑的形状、主建筑物的位置、基坑深度、造价、工期及施工难度等多方面的因素，一旦在方案设计时考虑不周全，则极易给工程施工带来较大的影响。
1.2 深基坑工程总体方案主要有顺作法、逆作法、顺逆结合法
在深基坑工程施工中，顺作法是较为传统的施工方法，而且其施工工艺也较为成熟，支护结构和主体结构也较为独立，施工具有较好的便捷性。而逆作法是近几年才开始应用的施工方法，其主要以地下室楼层梁板作为支撑，其支护结构和主体结构处于结合的状态，施工难度较大，但经济性较好。目前在一些施工中，通常会将顺作法和逆作法有效的结合起来，利用中心位置顺作，而周边逆作的方式，充分的发挥这两种施工方法的优点，对推动深基坑支护技术的发展起到了积极的作用。
目前在深基坑工程施工时，通常利用排桩和地下连续墙来作为围护结构，这两种围护结构都处具自身的优势。排桩多以混凝土灌注桩为主，不仅施工简单，而且能够灵活进行布置，成本较低。地下连续墙具有较好的整体性，防水性能也较好，但由于其工艺复杂，入岩难度较大，工程造价一直居高不下。
另外就是深基坑的锚固系统，经常使用内支撑和锚杆来进行施工，内支撑虽然能够起到有效抑制变形的作用，而且也不需要侵入周边的地下空间，但在施工完成后则需要拆除掉，费工费力，经济性较差。锚杆相对于内支撑相比，其不仅具有较好的经济性，而且能够提供较大的空间，便于深基坑工程土方的开挖和地下结构的施工，但其由于需要侵入到周边的土体，所以对变形能力控制较弱。
2 深基坑支护结构类型
2.1 悬臂式支护结构
是指不加任何支撑或锚，只靠嵌入基坑底下一定深度的岩土体平衡上部土体的主动土压力、地面荷载以及水压力的支护结构。有地下连续墙、排桩结构。就该种支护结构而言，其嵌入深度极为关键。但是因为基坑底以上部分呈悬臂状态，不具有任何支点作用，桩顶位移及构件弯矩值相对较大，对支护结构构件有很高的要求。所以，该种结构应用广泛于基坑深度较小、土质条件较好以及对基坑水平位移要求不高的基坑。
2.2 内支撑结构
其结构形式由内支撑系统和挡土结构组成。内支撑为挡土结构的稳定提供足够的支撑力，对两端围护结构上所承受的侧压力加以平衡，一般钢筋混凝土支撑和钢支撑应用较为普遍。挡土结构主要承受基坑开挖所产生的水压力和土压力，通常采取排桩和地下连续墙结构。内支撑结构形式广泛应用于市政工程施工中。
2.3 拉锚式支护结构
其结构形式由挡土结构和外拉系统组成。外拉结构可分为两种：锚杆（索）支护结构和地面拉锚支护结构。锚杆（索）支护是由挡土结构及锚固于基坑滑动面以外的稳定土体的锚杆（索）组成。地面拉锚支护结构由挡土结构、拉杆（索）和锚固体组成。常用于深度及规模不大的基坑。
2.4 土钉墙支护结构
又叫土钉支护技术，是在原位土中密集设置土钉，并在土边坡表面构筑钢丝网喷射混凝土面层，支护边坡或边壁主要借助面层、土钉以及原位土体三者的共同作用。同时，土钉墙体构成了一个就地加固的类似重力式挡土结构。相较于已有各种支护方法，土钉墙支护结构具有更大的优势，广泛应用于国内外的边坡加固与基坑支护中。
2.5 复合式支护结构
复合式支护结构就是由地下连续墙、排桩、预应力锚杆、土钉及喷射混凝土等组合形成的综合性支护结构。在综合运用各种支护优点的基础上，复合式支护结构工程造价低，社会经济效益显著，但由于综合了各种支护结构，要求设计和施工要有较高水平。
3 深基坑支护设计中技术难点分析
3.1 支护结构侧向土压力的计算
支护结构的计算，首先是土压力的取值问题。目前国内普遍采用古典的朗肯土压力理论，且假定支护结构是竖直的，土压力的作用方向水平，墙背光滑，不计土体对支护体的摩阻力。朗肯土压力理论用到支护结构计算上时，由于该理论的主动土压力和被动力土压力是建立在极限平衡状态概念的基础上。在实际工程中，由于支护结构常常不允许产生达到被动极限平衡状态时所需要的位移，实际的被动土压力一般均低于被动极限值。因此，在进行支护结构计算时，用朗肯土压力理论计算所得到的被动土压力是偏大的，使用时需要折减。折减系数的取值与被动区上体的土质和支护结构的型式密切相关，应根据被动区土体的土质和支护结构型式，以及对支护结构位移限制的程度，采用不同的折减系数。
3.2 用H.B1um理论计算悬臂式板桩墙支护结构
悬臂式板桩墙支护结构的内力计算，目前多用H.Blum理论来求解。此理论假定坑底出现的被动土压力近似地发生在弯点下面，并在这部分阻力的中心处（C点）用一个反力Rc来代替，支护桩插入深度t0用X来表示，它必须满足围绕C点使∑Hc=0的条件。由于土的阻力是向板桩方向逐渐增加，使用∑Hc=0的等式时会得到一个较小的插入深度，H.Blum建议计算所得的X增加20%，即插入深度t0=u+1.2X。
3.3 土水压力的计算
长期以来，在对深基坑侧上压力进行计算时，都是以朗肯理论和库仑理论为基础，但这两种理论在使用过程中都存在着一些缺陷，如围护墙达不到理论中的假设条件，同时还围护墙的变形也缺乏考虑，理论中的计算依据缺乏科学性。实际开挖的深入越大，则会导致围护墙的变形和上压力也会随着发生变化。而且理论计算方法中，对于深基坑周围存在的水位差和渗流效应缺乏考虑，这就导致计算出来的土水压力值的准确性会与实际值之间存在着一定的差距。所以在进行土水压力时，需要考虑周全，不仅要对土体的应力状况和路径进行考虑，同时还要对孔隙水压力和边界条件等进行充分的考虑。确保理论计算值与实际值之间相符合。
4 结束语
近年来，深基坑在建筑工程施工中应用的范围较广，由于其具有复杂、多变性，所以在施工方案考虑不周，极易导致突发问题发生，给财产和人员安全带来较大的威胁。所以需要加强对深基坑技术的研究力度，确保技术能够得以不断完善，更好的适应当前现代化经济发展的需求。
参考文献
[1]黄镜华.深基坑支护结构设计理论及工程应用[J].科技信息，2009，35.
[2]单虹，深基坑支护结构设计探讨[J].城市建设理论研究，2012，12.
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