摘要：随着高层建筑和人们对地下空间的重视，基坑开挖深度越来越深，开挖面积也越来越大，对基坑的技术要求也越来越高。因此，基坑支护作为基坑工程的重要环节，它的质量就显得至关重要。由于大部分基坑支护为临时性结构，投资太大容易造成浪费，但支护结构不安全又势必会造成工程事故。因此，如何安全、合理的选择合适的支护结构，并根据基坑工程特点进行科学的设计优化，是目前工程建设中亟需解决的问题。
关键词：深基坑支护；结构类型；设计方法
1 建筑施工中添加深基坑支护的意义
随着现代经济的日益发展，城市化进程不断加快，各种高层建筑开始出现，基坑开挖深度越来越深，开挖面积也越来越大，这对基坑的技术要求也越来越高。为了保证建筑的安全和稳固，必须对这些建筑的基坑进行相应的加固与支护，从而起到对整个建筑的稳定作用，延长建筑物的使用年限和寿命。基坑工程经过了漫长的发展历程，其技术已经相当成熟。然而，对于深基坑来说，由于开挖深度较大，稳定性会受到一定的影响，因此，必须采取相应的深基坑支护措施加固地基，保证建筑物的安全和稳固。另外，开挖深基坑会在一定程度上影响地下水和地下岩层的稳定性，使得地下压力失衡、岩层松动等问题，同时地下水会侵入到深基坑中，使得深基坑容易塌陷。为了解决这些问题，必须在建筑施工中添加一些深基坑支护措施，例如加固支护、放坡开挖、挡土支护等等，以保证建筑物深基坑的干燥，确保建筑物的安全和稳固。
2 深基坑支护结构类型及其特点
基坑工程在实践中形成了多种成熟的支护构形式，每种支护形式都有其特定的适用范围，在其设计中，均需综合考虑基坑的工程规模、周边环境、工程水文地质条件、工程经济性等因素的影响。经过漫长的发展历程，基坑支护主要演变为两大类：一类是加固型支护，以便对建筑物深基坑进行加固工作；另一类是支挡型支护，以便对建筑物地下水进行拦截等，其中支挡型又具体分为放坡开挖和挡土支护开挖两类。下面具体介绍深基坑支护的类型及相应的特点。
2.1 加固型支护
由于每个地区的水文特点、地质结构、岩层分布等不同，在建筑物施工过程中所采取的支护措施也有所不同。对于加固型支护，会根据具体情况而定，主要包括水泥喷粉桩加固法、水泥搅拌桩加固法、高压旋喷桩加固法、注浆加固法、网状树根桩加固法及插筋补强法等。其适用条件：基坑深度不宜大于7米；适用于淤泥质土、淤泥基坑；坑边有重要建筑物时应慎用。其特点：施工方便、进度快；与有支撑支护相比，位移相对较大；具有良好的止水性能和土层适用范围；造价适中等。施工过程中，施工单位会根据自然因素和自身因素综合考虑，既要保证建筑物深基坑的安全与稳定，又要节约施工成本。
2.2 放坡开挖
放坡开挖其实是一种依赖于实际环境的一种支护方式，要想使用这一支护方式，就必须要满足以下条件：场地条件允许，满足边坡稳定性；透水性较强的土，周边环境能承受降水的影响；基坑深度较深，可与其它支护形式组合；浜填土区域，采用土体加固等措施。这种开挖方式是一种较为简单、经济的方式，一般会优先考虑。其特点：方便开挖，施工工期较快；适用范围有限，软土地区的深基坑坑不适合；位移较大，对周边环境的影响较大；造价较低。这种开挖方式为了保证建筑物的安全和稳定，必须考虑坡度的大小以及今后相应的防护措施，以确保坡地的稳定。
2.3 挡土支护开挖
对于深基坑的开挖来说，其深度较大，一般会影响地下水的流向，破坏地下水的结构，因此，在施工中，要注意使用挡土支护的方式，来对地下水进行相应的拦截，防止地下水破坏深基坑的结构。其适用条件：悬臂式结构在软土场地不宜大于5米；地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙；坑边有重要建筑物时应慎用。其特点：适用范围广；当采用拉锚式或内撑式支护结构时，可有效控制位移；具有良好的止水性能和土层适用范围；造价一般较高。目前常见的挡土支护开挖方式有：水泥土墙支护、排桩、地下连续墙、钢板桩支护、土钉墙支护（喷锚支护）、逆作拱墙等。
3 深基坑支护结构设计原则和方法
3.1 深基坑支护结构在设计中应遵循的原则
为了保证深基坑支护工作的顺利施工，在施工时工作人员必须遵循相应的设计原则，利用正确的设计方法进行深基坑支护结构的施工。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆应遵循的原则主要有：①当沿基坑周边各段的基坑深度、附加荷载、变形操控值、土层性状等条件不一起，应对每一段按其实践条件别离划分核算剖面，对任一核算剖面，应按所取范围内的最不利条件进行核算；②支护构造核算应规则清晰的支护构造施工及基坑开挖次序，并应对支护构造的各种工况别离进行核算，支护构造及构件在施工期间的一切工况下均应满意承载才能极限情况和正常运用极限情况的规划需求；③对胀大土地层，支护构造规划时应思考基坑侧壁土遇水胀大对构造受力和坑壁防护的影响；④应思考支护构造运用期内基坑周边环境条件、地下水及土层性状的改动对支护构造受力情况的影响，并应思考支护构造的耐久性及安全运用期限；⑤支护构造的规划应参照相似条件下接近工程的经验。
3.2 深基坑支护结构的设计方法
深基坑支护设计方法主要分为三种：①进行基坑支护类型的优选，主要是采用定性及经验的评价，根据基坑的场地环境、工程与水文地质情况、各种围护结构的特点、本地经验及适用条件，综合分析围护结构的优化类型，同时也可用较为复杂的数学的手段进行支护类型的优选；②设计优化，即通过极限平衡法、地基反力法、有限元数字模型，分析支护体系的水平竖向位移、设计弯矩、剪力等计算分析，通过选取合适的设计变量，制定目标函数，给定约束条件后便可模拟出较为优化的设计方案；③参考施工工程的实时监测数据进行信息化施工，并反馈设计人员进行实时优化。
总之，只有遵循这些深基坑支护结构的原则和方法，才能更大程度上保证支护工作的顺利进行，确保深基坑支护的安全和稳固。
4 深基坑支护结构的基本计算方法
深基坑支护结构的基本计算方法主要有外力、内力及支撑体等，确保对深基坑支护有效实现结构整体稳定性、承载能力的提升，同时控制工程的的位移与形变，避免土地塌陷，最大程度降低工程施工对周边建筑的影响。近些年，我国深基坑支护的理论体系越来越完善，大量的计算方法顺势而生，其主要包括以下三种类型。
4.1 极限平衡法
该方法主要是以经典理论为参考依据，同时运用朗肯与库伦的理论，但其得到的结论却和建筑实际的应力情况存在一定的差距。按照地基强度的计算方法，库伦理论主要是将土地结构看成一个承载单位，通过计算极限条件下其直线滑动面的数据，从而实现对应力情况的分析。朗肯理论主要计算一个点的应力情况，这在一定程度上与库伦理论具有异曲同工之妙，也是通过直线滑动面为前提加以计算。而相对于地基强度，在理论前提的计算条件下，其最大承载能力相对较小，因此，以曲动滑动面为前提的计算结果将更加精确。一般情况下，朗肯理论计算的主动压力值都会相对较大，而被动压力值则普遍偏小；库仑理论中，当土地的摩擦角度增大时，被动压力值也会随之增大。通过经典力学理论计算其受力情况，能够利用挡墙的内力支撑，对墙体与支锚进行设计。该方法在土墙开挖与钢板定桩中具有非常广泛的应用，但是在深基坑支护结构的设计中，尤其对于部分结构较软的土地结构，由于其地质条件过于复杂，该方法就无法适用，其不能准确计算支护结构的部分性能。
4.2 弹性抗力法
弹性抗力法主要是在传统计算方法的基础上，对挡墙内部被动土压力值的计算问题进行了必要的改进与完善，能够很大程度上满足挡墙位移的控制标准，其在内部无法实现完全被动的条件下，能够使得结构依旧处于弹性抗力中。因此，通过对水平方向上荷载桩的横向抗力的计算，能够将结构外部的主动土压力转化为结构的水平荷载，从而有效简化计算过程，了解挡墙的具体形变程度与受力情况。在具体应用中，结构墙体的受力情况可以用弹性抗力来表示，而支锚结构也可以使用弹簧进行模拟，这能够有效简化常规的计算方法，并且具有更强的适用性。因此，该方法在深基坑支护结构的设计中具有越来越广泛的应用。
4.3 有限元与数值分析法近年来，随着我国计算机技术水平的高速提升，有限元与数值分析的计算方法在深基坑支护结构的设计中得到了十分广泛的应用，能够在理论的基础上提供一类更加完善、精确的计算方法，将整个结构分为有限个个体进行单独分析。相对于理论方法，该方法的合理性更高，因为其充分考虑了土体与整体结构的相互作用力，能够以整体为单位分析具体的位移与受力，同时还可以获得基坑的隆起量、土地沉降水平以及塑性区域的变化等。另外，还可以利用土流变学获得基坑在各个时间效应内的具体参数。该方法最主要的一项优点就是可以较好地对结构的设计进行一定的动态模拟，通过相关的模型，并根据具体的施工方案，准确模拟支护结构在具体应用过程中的状态。
5 总结
深基坑、大型基坑以及其他形状特殊的基坑，一般都选择钢筋作为主要的支撑材料，同时搭配使用混凝土达到稳固的目的。为了有效提升深基坑的施工效率，工作人员需要在大量设计方案中选择对周围环境影响最低、经济效益最高的施工方案。并且根据施工场地的具体情况，结合丰富的工作经验，有选择性的使用合理的施工方案，并对各大方案进行必要的改进与完善，选择最安全、可靠的方案。同时，对支护结构的设计还应充分考虑形变与位移等问题，有效提升结构的承载能力，最大程度满足工程的应用需求。此外，支护结构应根据地质条件的具体情况进行设计，从而有效保证基坑支护结构的可靠性与稳定性，为施工提供必要的安全保障。
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论文作者:万邦辉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/10
标签：基坑论文; 结构论文; 深基坑论文; 建筑物论文; 方法论文; 条件论文; 位移论文; 《基层建设》2017年第15期论文;