浅谈深基坑支护结构设计应用
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作者: 范善锋
[摘 要]本文通过对深基坑支护的类型以及其特点的分析，并结合实例对深基坑支护结构设计应用作一些探讨。
[关键词]深基坑 支护 结构 设计 应用
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0117-01
高层建筑上部结构传到地基上的荷载很大，为此多建造补偿性基础。为了充分利用地下空间，有的设计有多层地下室，所以高层建筑的基础埋深较深，施工时基坑开挖深度较大，许多城市的高层建筑施工都需开挖深度较大的基坑。如何选择合适的支护型式以及合理的结构设计是深基坑工程的关键，这些会直接影响如何组织施工，以及施工过程中的支护结构监测和环境保护等问题。本文通过对深基坑支护的类型以及其特点的分析，并结合实例对深基坑支护结构设计应用作一些探讨。
一、深基坑支护结构类型
深基坑一般是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。深基坑必须进行支护设计，根据不同的基坑深度、地质、环境与荷载情况采用不同的支护结构。常见的深基坑支护结构类型有：
1、悬臂式支护结构
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、内支撑结构
内支撑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。
3、拉锚式支护结构
拉锚式支护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。
4、土钉墙支护结构
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。
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。
二、深基坑支护结构设计应用分析
1、工程及地质概况
某商业广场项目基坑深度13.45m。其地层结构为①层人工堆积之房渣土、碎石填土，①1重粉质粘土素填土、粉质粘土素填土层；②层第四纪沉积之粘土、重粉质粘土，②1层粘质粉土、砂质粉土，②2层粉质粘土；③层粉质粘土、重粉质粘土，③1层粘质粉土、砂质粉土，③2层粘土，③3层细砂、粉砂，③4层粘质粉土；④层细砂、粉砂，④1粘质粉土、砂质粉土层，④2层粉质粘土、重粉质粘土，④3层有机质粘土；⑤层粘质粉土、砂质粉土，⑤1层粉质粘土、重粉质粘土，⑤2层有机质粘土，⑤3层细砂、中砂；⑥层细砂、中砂，⑥1层粘质粉土、砂质粉土，⑥2层有机质粘土；⑦层粉质粘土、重粉质粘土，⑦1层有机质粘土，⑦2层粘质粉土、砂质粉土；⑧层细砂、中砂，⑧1层重粉质粘土、
2、基坑支护结构设计分析
结合工程及地质情况可知，该工程所处地质情况较差，且场地狭小，周边市政管网较多，诸多不利因素给施工带来了极大的难度。为此，根据该场地的工程地质和水文地质条件，结合场地周围环境对位移要求条件、类似工程的设计与施工经验，经技术人员共同研究论证，采用土钉墙与预应力土层锚杆结合的复合土钉墙支护设计。
本工程选用的是土钉墙与预应力土层锚杆结合的复合土钉墙。在土钉支护体系中，土钉与土体共同作用，充分利用土体的自承能力和土钉与土体之间的摩擦力，约束土体的侧向变形，形成一种自稳性结构，既增强了土的主动受力能力，又增强了土体破坏的延性。
土钉墙通过下述几个方面的综合作用使边坡周边土体形成加固区。
（1）锚固作用。密布的锚杆与砂浆柱体相结合对周围土体产生有效的锚固作用，限制了砂浆柱体周围的土体变形。①土钉不需要施加预应力，而是在土体发生变形后使其承受拉力工作；②土钉支护在边坡中比较密集，起到了加筋的作用，提高了土的强度，为被动受力机制。由于土钉在全长范围内与土体接触，其荷载传递沿整个土体进行。
（2）土钉浆孔对土体的挤密作用。由于土钉锚杆的密度比较大，挤密作用的影响也较大，使加固区的土体比非加固区土体密度大。密集的土钉与土钉之间土形成复合土体，其结构类似重力式挡土墙，个别土钉的破坏不会使整个结构的功能完全丧失。
土层锚杆是一种被动的支挡方式，在深基坑支护的优点是能与土体结合在一起承受很大的拉力，以保护支护的稳定。可用高强钢材，并可施加预应力，可有效控制邻近建筑物的变形量。同时可简化支护结构，适用性强，所需钻孔孔径小，施工不用大型机械和较大场地，经济效益显著。可与土钉墙联合在一起使用，发挥各自的优势，控制土体位移。可节省大量钢材和劳动力，特别是为基坑内施工提供了良好空间，有利于机械化挖土作业，加快施工进度。
3、支护设计方案
根据现场实际情况和工程地质水文地质条件，采用土钉+预应力锚索的复合土钉墙支护，具体方案为：
基坑设计深度13.45m，边坡放1：0.3的坡，沿基坑深度方向，设置土钉和预应力锚索9排，其中第3排、第6排为预应力锚索，其余各排为土钉，土钉7排，土钉为钻孔灌注钉，梅花形布置，水平间距为1.5m，竖直间距1.4m，第一排土钉距地面1.2m，每排土钉的端部之间通过加强筋相连，加强筋与土钉焊接在面层内钢筋网片外。面层采用φ6.5@150×150钢筋网，喷射混凝土，混凝土配比为：水∶水泥∶砂∶石子=0.5∶1∶2∶2，厚度8cm。
在预应力锚索水泥浆和面层混凝土强度达到70%后，进行张拉，腰梁采用16a槽钢，锁定荷载为150kN。在预应力锚索张拉完成后方能进行下一层的施工。
4、降水设计方案
根据招标文件、水文地质条件及现场条件，本工程采用管采用管井井点方案。设计管井井深18m，井径Φ300mm，孔径Φ600mm，滤水管采用无砂混凝土井管，管外填豆石或碎石滤料，滤料粒径1～3mm，降水井间距10.0m，共布置降水井60眼。在采用以上方案降水后，基坑开挖时仍有部分水未疏干，可采用明排降水方法：在基坑底沿基坑边开挖明排沟，宽50cm，深30～50cm，每100m设一眼集水井，集水井井深须低于明排沟50cm，并与明排沟相连，以汇集明排沟的来水。集水井中安泵，将来水抽出基坑。
三、结束语
总之，基坑支护结构设计技术是近十多年来随着我国城市建设的迅速发展而必然涉及的技术难题，也是近年来工程技术人员所关心的热点问题。随着社会的进步，工程技术的不断发展，深基坑的设计将会面临更多的新的问题，要做好此项工作，需要从业者不断学习，不断实践，不断发展。
参考文献
[1] 莫焕求.土钉墙支护结构技术分析与应用[J].中国科技博览，2011，（31）.
[2] 李曙光，冯小玲.富水软土地层深基坑支护结构性状研究[J].铁道工程学报，2013，（3）.
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