深基坑支护结构设计要点问题研究
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作者: 冯天军
[摘 要]随着经济建设的发展和人们生活水平的提高，近年来我国的各类建筑与市政工程得到飞速发展，多层建筑及高层建筑的地下室、地下车库、地铁车站等工程施工，都会面临深基坑工程。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。本文在此对基坑围护结构选型与方案设计、计算设计等方面对深基坑支护进行结构设计。
[关键词]深基坑；结构；结构选型
中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0132-01
一、基坑围护结构选型与方案设计
1、围护结构介绍
深基坑支护的传统施工方法是板桩支撑系统或板桩锚拉系统。经过多年的探索与工程实践，目前我国基坑工程所采用的支护结构型式多样，按其受力性能大致可分为五大类，即悬臂式支护结构、重力式支护结构、锚喷（网）支护结构、单（多）支点混合支护结构、拱式支护结构。
2、支护体系选择的影响因素
（1）基坑平面的几何尺寸，开挖深度，防水抗渗要求；
（2）地下工程的类型、特点，建筑物基础结构及上部结构类型；
（3）场地的工程地质及水文地质条件；
（4）基坑围护结构所受的土压力、地面超载等因素；
（5）基坑周边建筑物、道路、地下管线、市政设施、附近水域状况及对基坑施工的特殊要求等；
（6）施工技术、降排水方法、施工作业设备、材料等对基坑支护结构的适用的可能性；
（7）根据可行性、安全性、工期、造价进行综合比较，优化选择围护结构方案类型。
3、支护方案的需求分析
根据该工程特点、施工条件以及周边建筑、设施情况，基坑支护应主要考虑：
（1）由于距离附近建筑物太近且为将来施工场地考虑，不允许进行放坡处理。（2）护坡方案必须绝对安全可靠，尽量减小土体侧移，防止周边土层开裂引起已建成建筑物倾斜和路面开裂。（3）由于地下管线和建筑物的基础都离基坑比较近，支撑适合用内支撑，不适合用拉锚支护。（4）此工程的地质主要是粉土和粘土等弱透水性土。（5）必须考虑经济方面的投入。
二、深基坑支护结构设计的要点
1、深基坑支护结构的设计计算
（1）静力平衡法与等值梁法
利用墙前后土压力的极限平衡条件，求出支护结构的插入深度和结构内力等，从理论上说，首先支护结构前后土压力是否达到极限状态是很难确定的，尤其是被动土压力情况有很大的推测性，实际工程测试已证明了这一点；其次该类方法并未考虑结构与土体变形，而变形对土压力重分布及结构内力有很大影响，故该类方法正逐渐失去它原有的地位，但对于简单基坑开挖，静力平衡法中一些简化使计算变得简单，可以凭经验使用。
（2）弹性地基梁的m法及弹塑有限元法
m法的优点是考虑了支护结构与土体的变形，但也有一些问题有待解决，如计算时一般工程的参数m难以通过试验确定，现有文献提供的取值范围各地区差别较大，该参数虽按弹性体来计算变形，物理意义明确，但实际参数m 则是一个反映弹性的综合指标。工程实践表明，在软土中的悬臂桩支护采用m法计算位移与实测位移有很大差异，实测位移值可达计算值的几倍，这说明桩后土体变形已不再属于弹性范围。
2、深基坑支护结构的设计思路
（1）对于深度不大的基坑支护工程，应首先考虑悬臂式支护结构，该结构主要利用基坑地面以下土体提供的土压力来维持支护体系平衡，主要结构形式为桩排支护结构和地下连续墙两类，当边坡土质较好，地下水位较低时可利用桩排支护结构。
（2）地下连续墙因具有良好的抗弯性、防渗性和整体性，且对周围环境影响较小，对地层条件适应性强，墙体长度可任意调节，适用于各种深度基坑的开挖，同时还可采用逆作法施工，因此被广泛采用。
（3）悬臂式板桩支挡的优点是不需构筑与拆除支撑结构，同时为土方作业和基础施工提供较自由的操作空间。
（4）当基坑较浅或被动区土层性质较好时，悬臂式板桩支护方案较为经济合理；而当基坑较深或被动区土层性质较差时，桩插入深度较大，桩径与配筋量也相对较大，该方案就相对不经济，同时悬臂式支挡的侧向位移一般稍大，这也是需要注意的。
（5）在基坑开挖深度相对较大，且对边坡变形要求较高时，就应考虑对悬臂式支护结构增加内支撑的方法，使之形成混合式支护结构，支撑形式常采用锚杆拉接或内支撑形式。
（6）如悬臂式支挡不妥当，则可考虑其它形式的方案，如钢板桩、土钉、锚杆、拱圈、网状树根桩加固、逆作法等。设计人员应根据工程的具体情况，通过综合分析比较的方法来确定支护结构的种类、平面布置形式及其支护材料。
三、深基坑设计中关键问题分析
1、关于土压力计算参数问题
重力密度、内磨擦角Ψ、粘聚力C，是计算土压力时的重要参数，这些参数均是由工程地质勘察所提供的。《工业与民用建筑工程地质勘察规范》T规定了工程地质勘察分为3个阶段：选址勘察、初步勘察、详细勘察。这3项勘察是以选址和为建筑物基础设计与处理提供资料为目的的。目前，人们进行深基坑支护结构设计时所用的土压力参数也均是来自“详细勘察”（或初步勘察）报告之中。而“详细勘察”的布点一般均在建筑物基础周边线以内，而深基坑支护结构承受的主动土压力是来自建筑基础周边线以外的土体。因此用“详细勘察”所提供的土压力参数做为深基坑支护结构设计的依据是不充分的，尤其是在地质条件复杂的场地中更是如此。
2、关于环梁内的弯矩问题
从目前发表的有关工程实侧的总结看， 尚未见对环梁内弯矩进行监测取得的资料披露。而使用微机进行计算的结果表明，环梁内的弯矩是不可忽略的，如我们对某12m 槽深，采用双层环梁（眼镜形）的支护结构进行计算的结果显示，第二道环梁内最大弯矩达376kN/m， 产生弯矩的部位在支撑杆（沿环梁外侧间距6.6m）与环梁相交的结点处，对截面1600mm×800mm 的环梁使用上述弯矩进行配筋达18Φ25 钢筋，以至截面双排布置。可见弯矩之大而不可忽略。
四、深基坑设计中的基坑降水问题
设计时应充分考虑地下水的影响，它直接关系到设计方案的成败，如基坑土层为渗透系数较高的土层（ 如粉土、粉砂、圆砾等） 时，井点降水法是一种经济有效的方法。采用该法不仅可使基坑处于干燥状态而便于施工，还可显著改善土层的物理力学性质，有效减少支护结构的内力和变形，从而可达到节约和安全的目的。但要注意场地土质是否适宜井点降水，特别是降水是否会影响周围环境，有时为了减小降水引起的地面附加沉降或对邻近建（ 构） 筑物造成影响，还可采用井点回灌技术。当底层为渗透系数较小的土层（ 如粘性土、淤泥等） 时，可采用深层搅拌桩和高压旋喷注浆形成止水帷幕，由于深层搅拌桩造价相对较低，故应用较多，无论是降水或止水，地表滞水的处理都不能忽视，地表滞水一般采用排水沟与集水井收集，然后用水泵排除，这对于放坡或局部放坡的基坑尤为重要，同时还应对坡面采取一定的保护措施。
五、结语
综上所述，应对不规则基坑的最好方式是使用钢筋混凝土来做支撑。通常施工中主要用到第一道支撑，为了提高施工质量，为了促进施工水平提高，可以再使用另一道支撑体系。在诸多选择方案下，选择合适工程发展的方案，该方案主要将经济、技术、安全等因素考虑在内，综合了方案优势之后，才确定最终的选择。
参考文献：
[1] 连明华.深基坑支护结构设计探讨[J].建筑知识：学术刊，2011年2期.
[2] 龚岳崔.深基坑支护结构设计与施工[J].中外建筑，2009年12期.
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