讨论深基坑环形支护结构设计
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摘要：介绍了基坑环形支护结构的各种方式,并作了简要评价，而且还列举了极限平衡法,竖向弹性地基梁法等计算内里和变形的计算方法,叙述了这些方法应用的不足之处。
关键词：深基坑 环形支护 结构设计
中图分类号： TV551.4 文献标识码： A
1、深基坑环形支护的原因
土壁的稳定，主要是由土体内摩擦阻力和粘结力来保持平衡的。一旦土体失去平衡，土体就会塌方，这不仅会造成人身安全事故，同时会影响工期，有时还会危及附近的建筑物。造成土壁塌方的原因主要有以下几点：
1.1、土方开挖从上往下，分层开挖；开槽支撑，先撑后挖的原则没有遵守，造成塌方。
1.2、基坑上边边缘附近大量堆土或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体中的剪应力超过土体的抗剪强度，造成塌方。
1.3、地下水、雨水渗入基坑，使得土体重量增大、抗剪能力降低，造成塌方。
1.4、边坡过陡，土体稳定性不够，引起塌方。尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中，常会遇到这种情况。
2、环形支护结构形式
根据场地布置、地质条件、水文资料、基坑深度及经济合理性，形成了不同的支护结构体系。
2.1、地下连续墙支护
当基坑深度大于10m时，可采用地下连续墙、排列式钻孔灌注桩或或者SMW工法连续墙等，并设置支撑或锚杆。地下连续墙作为深基坑开挖的挡土和防渗结构，具有刚度大、整体性、防渗性和耐久性较好等特点，适合于深度较深的基坑，对邻近建(构)筑物的影响小，可进行逆作业的方法施工，还可节省土方工程量，因此能适应各种复杂的施工环境与各种复杂的地质条件。
但地下连续墙也有不足的地方，表现为：对废泥浆的处理，如果泥水分离技术不完善或者是处理不当，不仅会增加工程的费用，而且会造成环境污染；各种原因所引起的槽壁坍塌，会引起邻近地面的沉降，从而危害到邻近地下管线以及工程结构的安全性能，同时也还能有会使得墙体混凝土的结构尺寸以及墙面的粗糙超出一个允许的界限；地下连续墙如用作施工期间的临时挡土结构，随之其造价也有可能会增高。
2.2、排桩围护
基坑开挖时，对于不能放坡或者由于场地限制不能采用搅拌桩围护，开挖深度大于5m的，就可以采用排桩围护。排桩维护可以采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土桩或者钢板桩等。排桩作各种布置后，可并用水泥搅拌桩、化学灌浆或高压注浆形成防渗止水帷幕。当基坑较深，周围环境及围护结构变性要求严格的，需要加设支撑或者加锚杆。
2.3、土钉墙支护
土钉墙支护在基坑开挖的过程之中，将较密排列的细长杆件土钉置于原位的土体之中，并且在其坡面之上来喷射钢筋网混凝土的面层，通过喷射混凝土的面层、土体以及土钉的共同作用之下，就会形成一个复合的土体。土钉墙体充分的发挥土体介质自承的能力，进而就会形成一个自稳的结构，其承担比较小的变性压力，土钉承受的其主要的拉力，喷射混凝土面层调节表面应力分布，进而就可以体现整体的作用。
土钉墙支护适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂田土及秃顶非松散沙土和卵石土等。土钉墙在支护结构中应用也比较广泛，是8m以内较合适的支护形式；土层条件好时，15m左右的基坑也有使用，一般较多地应用于地下水位较低或者地下水位能够被降低的区域.土钉墙可以单独使用，也可以与其他支护形式联合使用。
2.4、水泥搅拌桩支护
水泥搅拌桩利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将固化剂和软土进行强制的搅拌，并其利用软土与固化剂之见所所产生的一系列物理以及化学的反应，就会使得软土硬结整体性具有一定强度和水稳定性的桩体。
水泥搅拌桩通常是用于基坑开挖深度不超过7m，环境条件宽松、保护要求不严的浅基坑，其中深层搅拌法适用于各种成因的饱和软粘土，其中包括粉质粘土、粘土、淤泥质土以及淤泥。一般认为含有高岭石、多水高岭石与蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果好；含伊里石、氯化物等粘性土及有机质含量高、PH值较低的粘性土加固效果较差。其平面布置的形式多样，主要有实体式、空腹式、格构式、拱形或拱形加钻孔灌注桩，均为连续搭接的墙体，满足既挡土又挡水的要求。
3、深基坑支护结构主要计算方法
基坑支护结构设计主要包括外力(地基以及土压力的超载)、支撑体系的设计计算、基坑局部稳定性以及整体的稳定性、支护结构顶部位移、支护结构内力(剪力和弯矩)、地基的承载力、地面和结构的变形、软弱土层的局部加固以及对相邻建筑的影响等众多方面的计算。近些年来，随着各国专家学者的努力以及岩土力学理论的发展，提出了多种计算方法和理论，归纳起来，其基本方法大致可分为：
3.1、静力平衡法
静力平衡法存在以下三个假设:1墙前土压力已经达到被动土压力,墙后土压力已经达到主动土压力,主动和被动土压力均为与支挡结构变形无关的已知量,用朗肯或库仑理论计算；2支挡结构刚度无限大,且不考虑支撑(或拉锚)的压缩或拉伸变形；3支挡结构的横向抗力按照极限平衡条件求得。
在静力平衡法中,主动和被动土压力随深度线性变化,随着板桩入土深度的不同,作用在不同深度上各点的静土压力的分布也不同。当单位宽度板桩墙体两侧受到的静土压力相平衡时,板桩墙体则处于稳定,相应的板桩入土深度即为板桩保证其稳定所需要的最小入土深度,可根据静力平衡条件即水平力平衡方程和对桩底截面的力矩平衡方程联立求解得到。如果有支撑或者锚杆,则需要考虑支点力的作用,但计算时仍按照静力平衡的方法求解。其步骤为:l计算板桩墙前后的土压力分布；2建立求解静力平衡方程,求得板桩入土深度,求解的时候需要迭加墙后主动土压力,支点力和墙前被动土压力,从而求出土压力零点；3计算板桩最大弯矩,板桩最大弯矩的作用点,亦即结构段面剪力为零的点。此种方法不能反映支护结构的实际受力特点，比如锚杆受力后将产生变形,支护结构的刚度也变小。但在锚固点变形较小的时计算结果能满足工程需要,且计算较为简单。但该法对软土不适用。
3.2、极限平衡法
静力平衡法和等值梁法就是极限平衡法用于基坑计算的。当其支护桩入土深度较浅的时候,或是桩底处土较软的时候,桩墙底部可能有少许位移或者有稍许转动,从而使桩底的土压力为零,从而可将桩下端简化为自由端,计算时采用静力平衡法；当支护桩人土深度较大时,或者桩底处土较硬时,墙前和墙后都出现被动土压力,支护桩在土中处于嵌固状态,相当于上端简支下端嵌固的超静定梁。其弯矩大大减小而出现正负二个方向的弯矩,压力零点和弯矩零点约相吻合,此时需要用等值梁法进行计算。
3.3、等值梁法
等值梁法(亦称假想铰法),计算时将桩墙当作一段弹性嵌固另一端简支的梁来研究。由其简化可知,在计算时将土压力零点位置作为弯矩零点所在的位置,从而在压力零点位置处将板桩划开作为两个相联的简支梁来计算。
当进行多支撑的支挡结构设计时,一般可当作刚性支撑的连续梁计算,其计算原理和等值梁法相同,此时等值梁法可以分成整体等值梁法和分段等值梁法。
总之，我国城市建设日新月异，各种地下工程也随之发展。除了常见的高层建筑的地下室，其他大型地下商场、地铁车站、地下停车场及泵房等地下工程在城市建设中也大量出现，且有着埋深越来越深，面积越来越大的特点。随之而来的基坑支护工程的结构设计就显得非常重要，根据工程的特点进行科学的设计，合理地选择支护结构是基坑安全的重要保证。
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