软土地区深基坑支护设计中的应用优化设计
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摘要：随着城市建设的不断发展，城市在地上空间建设方面越来越紧迫，地下空间的开发利用逐渐也成为了城市建设和发展的重要组成部分。而近些年来，软土的深基坑工程逐渐呈现出基坑 “深、大、密” ；但就目前在软土地区深基坑支护来看方法较多，但问题也不少。本文通过我国深基坑支护工程中存在的主要问题、基坑开挖与支护现状及特点进行深入的分析，并提出了相应的建议与对策。
关键词：软土；基坑 ；支护；优化设计
中图分类号： TV551 文献标识码： A
大多数城市都进行着规模较大的旧城改造工程，而给在繁华的城市内进行深基坑的开挖问题提出了的新的挑战，如何控制因为深基坑开挖而产的环境效应问题，进而促进深基坑的开挖技术的研究与发展，提出了许多先进的设计方案、计算方法，和众多新的施工工艺，同时也出现了许多先进技术的成功工程实例，比如，环球金融中心和金茂大厦等超高层建筑的圆满完成；然而不可回避的事实是，由于基坑工程本身的复杂性以及设计和施工管理的不当，基坑工程在施工中发生事故的可能性仍然非常高。
一、我国深基坑支护工程中存在的主要问题
1.支护结构计算模型分析
当前应用最广泛的基坑支护结构计算模型有平面框架计算模型和不协调空间计算模型旧。
(1)平面框架计算模型旧是将支护结构体系采用平面分析，选用一个适合的支撑刚度，得到一个每延米的支撑力，再将每延米的支撑力作为每一层支撑体系的外荷载，对支护结构进行平面框架内力分析。其主要存在以下几点不足：①很难选择一个适当的每延米支撑刚度；②对于约束点的选取主要靠工程实际经验，如果约束点不巧取在最大位移点，就会与实际情况存在着偏差；③将基坑支护空间问题转化为平面问题，这与基坑支护结构的实际受力情况相差较大。
(2)不协调空间计算模型 是指将深基坑施工中的支护结构看成一个空间的排架系统，其底部视为铰支，铰支位置由平面分析进行确定，而平面分析采用“nl”法。这种方法主要存在如下几个缺点：①该模型适用于对称开挖而实际基坑开挖中很难做到对称开挖；②将铰支点看成是反弯点，而实际反弯点并非是位移零点，这与实际情况有相当大的出入；③实际基坑施工中的支撑刚度是不能确定的，因此对支撑等效刚度的选取会导致帽梁、围令与维护墙之间的位移不协调。
2.支护结构监控报警值分析
在深基坑支护结构的监测过程中对各项检查项目的监控报警值的确定是一件及其重要的工作。在每一项工程监测中，都应当根据工程的实际情况和设计计算书先确定相应的监控报警值，用来确定支护结构的变形和基坑周围的土体位移是否超过了允许的范围，以此来判断基坑是否处于安全状态，进而对支护方案进行优化或改变以确保基坑施工的安全。
二、基坑开挖与支护现状及特点
（1） 基坑开挖越来越深。有的是为了施工的方便，有的因为昂贵的地价，再就是为了符合当地政府规定和人防需要，建筑物不得不向地下发展。过去城市中修建2层地下室也非常少见。但现在的大城市尤其是沿海城市和特区，3～4层地下建筑物已很常见，5～6层也有。因此基坑深度多在10～16m间，甚至20m的也有许多。
（2）工程地质条件越来越差。这一点在某些沿海经济开发区较为突出。
（3）基坑周边的环境较为复杂。高层和超高层的建筑大多集中在人口密集、建筑物密度大的地方，还多处于市政公路旁边。原来的建筑结构陈旧复杂，地上和地下管网分布密集。因此，基坑开挖不仅要保证基坑本身的稳定，也要保证周围的建筑物和构筑物不受破坏。
（4）基坑支护方法和种类多。如人工挖孔桩，钢板桩，预制桩和深层搅拌桩，还有地下连续墙等，内支撑包括各种桩、墙、板、管和撑同锚杆的联合支护等等。
（5）基坑工程的成功率较低。一旦基坑支护出现事故，会成邻近房屋、地下管道和管线及道路的开裂，甚至引发工程纠纷，或出现严重的破坏，造成人员伤亡和重大经济损失。
三、建议及对策
1.坚持分层分段开挖与支护的原则
一般情况下，边坡破坏是从局部开始，然后逐渐扩大。首先产生局部破坏的部位为突破点。当结构中部分土体应力达到甚至超过它的强度时，突破点就开始发生破坏，并引起其周围的土体性质的变化，进而引起临近部位土体应力值的升高，从而扩大破坏面积。高层建筑的飞速发展，使基坑越挖越深，边坡也更加陡立（一般约为80～90°左右）。边坡开挖后，不仅破坏了自然土体的三向受力状态，而且在开挖面周围产生高能区。部分能量会传给开挖面周围的土体，也就成为土体变形的动力。相对直立的边坡工程，如果开挖深度过大，高能区积聚的能量也非常大，有可能成为破坏的突破点进而造成塌方。所以，施工过程中必须控制开挖面的深度与长度，并快速进行支护，达到消除和控制破坏突破点扩张程度。分层分段开挖并支护有利于边坡能量的释放。前期开挖掘层段的能量有一部分通过锚体传到土层较深部位，部分留在边坡相对浅的部位。当下阶段开挖后，该能量就被新的开挖段释放和吸收。所以，分层分段开挖并支护的施工方法也会释放能量，使得开挖能量较少留在坡面，这有利于整个破会面的稳定。边坡层段开挖的大小应作为设计的重要内容，在分析土体力学性能、边坡附加荷载分布的基础上预测突破点可能产生的部位，这是划分层段的重要依据。据此绘出每一坡面的层段开挖图，作为施工依据，并在施工中根据具体情况进行调整。
2.信息反馈是基坑施工的重要组成部分
信息反馈是指两个方面：一是指在坡面开挖中，对表现出来的地下水分布、地质构造、水位变化和地下未知建筑物的信息反馈；二是指施工过程中，对边坡应力监测和位移信息的反馈。而在施工中发生侧移的原因有：
（1）土力学的模糊性：土的层面结构多变，影响因素多，物理力学性能分散性大。其结构计算原理及各种参数取值有较大的模糊性，不可能一次计算到位
（2）在外力作用下产生变形。
（3）施工过程中土体的不稳定。
3.支护结构改革和创新
（1）根据受力情况改变结构的形式。闭合拱圈挡土、连拱式基坑支护，都是应用空间支护结构，充分利用拱的性质，即减小土对桩基的侧向压力，也把结构受弯转换为拱圈受压，充分发挥混凝土的受压特性，不仅提高了支护效果，也降低了支护的费用。
（2）从施工方法上改变。桩墙合一地下室逆作法，是将地下室墙和基坑支护桩合在一起，以地下室的梁板作为支护，从上往下施工，同时地下室的外墙也在施工。它的优点是节省资金，在高水位地区和地下水丰富区域，还要做防水帷幕。
（3）发展新的支护方法。近几年，锚钉墙法和喷锚网支护法在工程中应用了很多，表现出一定的经济效益。它不要一根管、一根桩、一根撑、一块板，以尽可能保持并提高、最大限度地利用基坑边壁土体固有力学强度，变土体荷载为支护结构体系的一部分。它主动支护土体，并与土体共同工作，具有施工简便、机动、快速、适用性强、灵活、随挖随支、挖完支完、安全经济高效等特点。它的工期比传统法短一至两个月以上，工程造价降低10%～30%左右。
4.进一步研究基坑支护理论
可以看到，随着国民经济的飞速发展和城市现代化的进程，基坑工程的可靠性成为高层建筑亟待解决的问题。因此进一步探讨基坑支护的方法和计算理论，尤其是新型支护方法的计算理论，乃为工程实际所急需。如喷锚网支护法、锚钉墙法。
5.探讨基坑护壁抢险技术
如前所述，基坑工程的破坏率较高。因此，施工过程信息反馈技术，对进行基坑支护抢险有重要意义。当发现基坑护壁出现失效时，采用的办法大多是回填土方或停止开挖等，收效甚微。因此在支护设计和确定施工得方案时，就一定要考虑基坑支护的抢险措施。如基坑护壁帷幕漏水化学灌浆抢险技术，具有简单、经济。快速和有效的特点，是目前基坑漏水涌砂最好的抢险补救方法。
结语
在随着我国的经济不断的高速发展，工程建设方面的投资额度也在不断地增加，各类的高层建筑同时也逐年增加，随之而来的便是各种深基坑不断地涌现，那么在深基坑的支护方案设计的时候，就不仅仅是在技术上可以满足基坑的安全稳定性这样就可以了，而应该是我做到根据现场的实际情况来设计出一种可以在技术上可行并且在经济上合理的优化方案，这样就能为国家节约每一分钱，为祖国的经济可持续发展做出我们应有的贡献。
参考文献
[1]. 王马 浅谈对深基坑开挖支护现状分析 [期刊论文] <<城市建设理论研究（电子版）>>. 2012年
[2]. 陈冠一 深基坑工程的监测及常见问题 [期刊论文] <<广东科技>>.2008年
[3]. 杨旭东 深基坑开挖支护现状分析及其对策 [期刊论文] <<河南大学学报（自然科学版）>>. 1999年
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