巴中市峥嵘建筑工程地质勘察有限公司 四川巴中 636000
摘要：随着建筑业的飞速发展，先前的多层建筑、小高层建筑占地面积大、建筑面积小，土地的有效利用率极低，导致城区土地资源不断减少，高层及超高层建筑不断涌现。由于建筑的稳定性需要，使用功能要求越来越复杂，地下室向深度方向发展，深基坑工程应运而生。这给岩土工程设计工作者带来契机，同时也将面临新的挑战，下面结合自己多年从事岩土工程设计经验谈一下深基坑支护设计，望同仁们斧正。
关键词：深基坑；支护；原理
关于深基坑一词，有很多文献都给出了定义，一般深基坑是指开挖深度超过 5m（含 5m）的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程；或开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。而2018年5月17日中华人民共和国住房和城乡建设部办公厅关于实施《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》有关问题的通知，建办质〔2018〕31号再次规定：开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。笔者对深基坑的理解侧重于前者。近年来，我们国家对深基坑如此重视，安全、经济、合理的深基坑支护设计关系着基坑工程的质量安全，是整个工程中的中流砥柱，需要我们专业技术人员做出不懈努力。
一、支护结构的破坏形式
重力式支护结构与非重力式支护结构是深基坑支护的两大基本形式。重力式支护结构即通常说的刚性支护结构，依靠自身重力起到支护作用，包括旋喷帷幕及深层水泥搅拌土；非重力式支护结构即柔性支护结构，依靠支护结构自身的抗剪、抗弯性能起到支护作用，主要有地下连续墙、桩板墙及钢板桩等。
1、重力式支护结构的破坏形式
包括强度破坏和稳定性破坏。
1）强度破坏主要表现刚性结构物的抗剪强度不足，在基坑外侧土压力作用下产生剪切破坏，因此需验算最大剪应力处的墙身应力。
2）稳定性破坏
①滑移破坏。土的摩擦系数较小，刚性结构物宽度不够导致刚性结构物与底部土之间的抗滑力不足以抵抗基坑外侧的推力而产生的整体滑动破坏。
②倾覆破坏。刚性结构的断面不够大、重量不够重、重心过高，在基坑外侧推力作用下产生沿支护结构前缘倾覆失稳。
③坑底隆起。当挖土深度过大、地基土较软、基坑顶部出现超载，地基的平衡状态受到破坏，从而发生坑壁土体流动、坑顶下沉，刚性结构前缘出现土体隆起而失稳。
④管涌或流砂。当基坑底部为无粘性土，如粉细砂、粉土，且基坑内外存在较大水位差时，颗粒群发生悬浮、移动以至流失的现象导致刚性结构失稳。
⑤整体失稳。是指支护结构深度不足，地基土十分软弱等原因，在土体中形成了滑动面,支护结构连同基坑外侧及坑底的土体一起丧失稳定性,失稳形态是支护结构的上部向坑外倾倒，支护结构的底部向坑内移动。
2、非重力式支护结构的破坏形式
非重力式支护结构的破坏形式也包括强度破坏和稳定性破坏。
1）强度破坏
①支护结构底部向外移动。当支护结构入土深度不够、水的冲刷使支护结构基坑侧覆土厚度减小、挖土超深等均可能导致这种破坏。
②支护结构倾覆破坏。基坑外侧土压力过大引起拉杆断裂或锚固部分失效、腰梁破坏等原因导致。
③支护结构受弯破坏。支护结构截面形式不恰当、土压力计算不准确，支护结构不足以由此产生的弯矩而导致的破坏。
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2）稳定性破坏
主要有坑底隆起、管涌或流砂、整体失稳等，与重力式破坏形式大同小异，这里不赘述。
二、基坑支护设计状态
基坑支护设计时一般考虑两种状态，即承载力极限状态和正常使用极限状态。
1、承载力极限状态，也称应力极限状态。如悬臂桩包括以下几种情况：
①抗剪切破坏。桩所承受的剪应力不大于支护结构的抗剪强度。
②抗倾覆破坏。支护结构承受的被动土压力不小于支护结构承受的主动土压力。
③抗滑动破坏。滑动面上地基土受到的剪应力不大于地基土的抗剪强度。
④抗弯破坏。支护结构所受的弯矩不大于支护结构的抗弯强度。
2、正常使用极限状态，也称变形极限状态。支护结构在基坑外侧土的侧向压力作用下产生一定程度位移，则地面必然会产生沉降，从而影响在建工程或邻近建（构）筑物的正常使用。如果侧向位移超过一定数值，还会引起周围建筑物下沉、倾斜、开裂、门窗变形，地下水电气等管线设施受损，造成断水、断电、断气、通讯中断等，甚至会引发不同程度的生命财产安全。目前我国将基坑分为三个等级，对各等级基坑的变形限值做了相应的规定。
二、基坑支护设计内容
分析了支护结构的破坏形式，可见基坑支护设计主要设计内容是土的静止、主动、被动土压力计算，支护结构竖向构件的嵌固深度计算，横向支撑支点力计算，支护结构材料的强度、刚度、变形计算等。
1、土的屈服与破坏
土既不是理想的弹性材料，又不是理想的塑性材料，而是一种弹塑性材料。在应力作用下，弹性变形和塑性变形几乎同时发生。古典土力学理论中，在计算土的附加应力时，把土当作弹性体，用弹性理论公式求解。在研究土压力、边坡稳定和地基承载力时，把土当作理想的塑性材料，一旦剪应力达到土的抗剪强度就回产生无限变形而破坏。但这些假设都与土的实际性状有所差异，到目前为止还没有一种理论能够准确描述土的变形特性，而古典理论在实践中具有很强的实用性，所以目前还得到广泛应用。
2、土压力计算
土压力计算比较复杂，影响因素极多。土压力的大小与分布与土的性质、支护结构的位移方向、位移量、土体与结构物的相互作用及支护结构类型有关。
1）刚性支护结构。这种结构刚性大，在侧向压力作用下主要发生整体移动或平移，结构物的挠曲可以忽略。其背侧受到的土压力呈三角形分布。
2）柔性支护结构。在侧向压力作用下主要发生挠曲变形，结构的变形将影响压力大小和分布。主要形式为：
①支护结构上端固定，下端向外位移时，其土压力分布为抛物线形。
②上下端固定，支护结构向外鼓出时，其土压力分布为马鞍形。
③支护结构平行向外位移时，其土压力分布为抛物线形。
④支护结构绕下端向外倾斜时，其土压力分布为三角形。
3、支护结构上的三种土压力
这是根据支护结构的位移状况和其后所处的应力状态进行分类的，即静止、主动、被动土压力。
1）静止土压力。指挡土结构在土压力作用下，不产生任何方向的位移或转动，保持原有位置不动，那么此时支护结构所受到的土压力。
2）主动土压力。挡土结构在土压力作用下，产生离开土体方向的位移或转动，支护结构物背后土体因为所受的限制放松而有下滑的趋势。为阻
论文作者:张勇,黄光辉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/9
标签：结构论文; 基坑论文; 压力论文; 位移论文; 应力论文; 重力论文; 刚性论文; 《防护工程》2018年第16期论文;