詹镇平1 戴亚2
1.深圳市清华苑建筑设计有限公司 广东深圳 518000
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摘要：基坑支护结构合理与否关系到整幢楼房的稳定性及安全性。本文根据本人多年结构设计经验，对深基坑支护结构几种支护措施进行阐述，供参考。
关键词：基坑支护；结构设计
前言
由于一些地区的浅层地质不理想，地下水位高，加上周围原有建筑物或构筑物附近的复杂情况，在基坑支护设计与施工经验的早期阶段，已经有一些事故，如基坑附近地面塌陷，附近房屋不均匀沉降，墙体裂缝，排水干管或煤气管道破裂。故需要作出赔偿或者维修加固等措施，造成工期延迟的经济损失。下面的几个支撑系统的设计进行总结。
一、常用的几种基坑支护措施
（一）悬臂式支护结构
挡土结构的使用是在现场不允许基坑维持其天然坡度的情况下用于保持基坑开挖稳定的构筑物，悬臂式挡土结构可能是地下连续墙、木桩、钢筋混凝土桩、钢板桩等，其设计过程首先是选定初步尺寸，然后按稳定性和结构要求进行分析和修改：
案例1：
某小区根据建筑设计要求，要三个方向开挖，形成凹形基坑，基坑东侧为排洪沟。由于无法采用其它支护措施，因此局部采用人工挖孔桩悬臂挡土，该部分基坑垂直开挖8.6m，支护桩桩径为Ф25@125，桩的背土半圆为Ф25@300，桩顶设一锁口圈梁，高700mm。此工程完成地下室施工后，现已竣工验收并交付使用，情况良好。
根据提供的地质报告，该工程场地内土层分布为杂填土，厚l.71～2.2m；粘土，厚3.0～3.4m，G2=2.76，W=27.4％，e=0.78，p=20.6，c=83.7；c、粉质粘土，厚2.6m，G2=77，W=27.74％，e=0.75，p=25.3，c=39.6；d、淤泥，厚2.5m，G2=0.74，W=58.11％，e=1.36，P=106，c=22.23：e、强风化岩，厚2.2～3.4m。
通过计算柱距s=2.3m，柱径1.5m，基坑底以下l.92m的水平剪力为零且弯距最大。初步定桩长为15.5m，配筋迎土半园为Ф25@125，背土面为Ф25@300。
此局部工程采用单排悬臂钢筋混凝土桩支挡边坡，并利用土拱的作用，计算时采用悬臂桩的计算方法。挡土桩必须插入基坑底足够的深度，从力学角度看是使桩成为悬臂杆承受基坑的侧向土压力，经研究，在计算挡土桩时对其承受的土压力作了以下假设：
（1）基坑底面以上的主动土压力按桩距s范围考虑，基坑底面以下的主、被动土压力按桩径d范围考虑；
（2）产生被动极限状态所需位移量要比产生主动极限平衡的变形量大10倍左右。因此将朗肯被动土压力乘以0.7的折减系数，作为对被动土压力的修正；
（3）不考虑桩后的被动土压力对桩的稳定作用，因该段压力是对桩的受力平衡起作用。至于将朗肯被动土压力乘以0.7的折减系数，笔者是这样认为的：
（1）该基坑支护虽然三侧不完全采用同一种支护类型，但基坑通过锁口梁形成连续的不可分割的整体，而且基坑的边长有一定的限度，支护结构和基坑具有完整的空间特征。因此，基坑支护结构及土的三维空间起一定的影响作用，而一般的挡土墙是按平面非闭合方法计算的。
（2）该支护为临时支护，工作期限为1年，待主体地下室完成则失去其作用。
以上假设在现在看来是成立的，而且为建设方创造了一定的经济效益。
通过上述设计，笔者认为该体系设计应注意以下两点，一是考虑土重量增加、施加超载或填土参数降低等原因使侧压力的某些方面增大；一是开挖面的标高可能降低。
（二）土层锚杆支护体系
土层锚杆是由岩石锚杆发展起来的，它是一种受拉构件，整根锚杆在长度上分为锚固段和自由段，锚固段是它在土中以摩擦力形成传递荷载的部分，使用水泥、砂浆等胶结物以压浆形式注入钻孔中凝固而成的，其中有受拉的锚杆（钢丝束等），其上部连接自由段。自由段不与钻孔土壁接触，仅把锚固力传到锚头处，锚头是进行张拉和把锚固力锚定在结构上的装置，使结构产生锚固力。采用该支护形式可将悬臂式结构厚度减小到最经济的程度。
（三）混合支护结构
这是由挡墙和固定挡墙就位的组合挡土结构体系，挡墙可以是板桩（钢、混凝土、术）。有挡板或无挡板的立柱（或桩），钢筋混凝土灌注桩和地下连续墙等。而固定挡墙就位（支点）主要有撑粱支撑、斜撑或锚杆等。
本工程的南侧和西侧就采用了混台支护结构，比悬臂桩挡土更为经济。这两个侧面的基坑开挖深度最深为14m，采用直径1600mm（包括护壁厚度）的人工挖孔灌注桩，排桩间距为2.2m，护坡桩利用双排预应力锚杆作背拉处理，以减小护坡桩的位移，改善其受力状态、减小直径和嵌固深度，如图1所示。
经监测，基坑桩顶最大位移南侧为10mm，西侧为12mm。实践证明该支护设计是成功的。
（四）双排桩支护结构
该支护结构是沿基坑边缘或梅花形、矩形设置双排钢筋混凝土桩，插人基坑底一定深度，桩顶设置钢筋混凝土锁口梁，整体承受推力的钢架或支护结构。
虽然是悬臂式结构，但其结构组成却有别于单墙的悬臂式结构，前排桩在受力上类似于单支点混台结构，但计算土压力时却又有所不同。与其它支护结构相比，它具有施工方便，不用设置横向支点，挡土结构受力较好等优点，不足之处是成本较高。
从结构上分析，双排支护桩如同嵌人土中的门式框架，与单墙悬臂结构、多支点混台支护结构、重力式挡土结构等形式有明显差异。虽然目前在实际工程中已大量应用，但对其实际受力还需作进一步的探讨和分析。
（五）重力或挡土墙支护结构
在深基坑支护结构中，加固基坑周边土体可形成重力或挡土结构，它类似于重力或挡土墙，主要有以下几种方式：
（1）水泥搅拌桩加固法（水泥挡土墙）；
（2）高压施喷加固法；
（3）注浆加固法：
（4）网状树根桩加固法；
（5）插筋补强法（土钉墙）。
案例2：
某建设项目设2层地下室，基坑深9.6m，开挖面积48mx67m。在基坑支护方案设计阶段，我公司提出了以下3个方案，即：
（1）钢筋混凝土桩加锚杆支护；
（2）有限放坡，土钉支护；
（3）旋喷桩加锚杆，局部土钉支护。
经过比较，笔者认为方案1虽基坑边坡安全性较好，坡顶变形小，但造价高，按照估算约需700万元；而方案3整体造价不超过500万元，且方法比较成熟。
根据勘察报告书，场地内地层自上而下大体为：a．人工填土层，分布整个场地，厚1.4m；b．淤泥质粉质粘土层，厚1.5～3.7mm砂层，厚1.3～2.2m；d．粉质粘土层，厚8～15m；e．以下为花岗岩基层，以风化度分为强风化、中风化和微风化，基坑开挖来到此层。
场地地下水稳定深度为0．5～1．4m，主要分布于砂层、粉质粘土层和基岩裂隙中。
设计计算：
（1）根据场地位置和地质条件，基坑东侧为8m宽小路和加油站．西侧为中学运动场，北恻距离8m左右为2幢6层宿舍楼，基础采用Ф480mm锤击灌注桩，桩长深度为18m左右，持力层为强风化基岩。由于地下水位高，水量充沛，故基坑开挖时采用人工降水措施，沿基坑同边每隔15m设置降水井，为深井管井降水。
（2）基坑南侧和北侧由于邻近加油站及宿舍楼，因而采用Ф1100mm高压旋喷桩，间距l.8m，预应力锚杆长22m，设计拉力为350kN。
（3）东侧和西侧根据场地条件，采用适度放坡后土钉墙支护方案。直径80mm．长5～6m，水平阀距1.5m，垂直间距1.0～1.3m，土钉钢筋为Ⅱ级钢．直径25mm，土钉与水平面的夹角为l0°，喷射混凝土厚l00mm，配钢筋@250x250
（4）土钉墙计算参数为：土层强度φ=21。，C=20．4kPa，重力密度，γ=18．3kN／m3，土钉长度1～7排为6m，第8排为8m，坡顶超载按20kN／m2考虑，外部稳定抗滑动系数KH=1．0；外部稳定抗倾覆系数Ko=5．75。
根据监测，基坑东侧坡顶最大位移为28mm，西侧为37mm，未出现边坡失稳。
总体来说，该工程东西两侧采用土钉墙支护是成功的，而南北两侧采用旋喷桩加预应力锚杆则由于施工中出现了一些问题，未能达到设计要求，必须进行补强处理。
三、结束语
通过以上两项工程的深基坑设计，本人体会到：
（一）选择安全、经济与进度之间的合理关系是设计首先要考虑的因素。
深基坑支护工程虽然是临时结构，但也要把安全可靠性放在首位，这既与施工造价紧密相关，又是影响整个工程施工进度的关键。由于周围环境条件千变万化，因此设计人员的经验往往是影响基坑支护设计合理性的因素，设计方案的优化可能使同一支护工程花较少的费用而获得更安全的结果。
（二）深基坑开挖与支护问题对经典土力学提出了新的挑战。
目前在深基坑支护设计方面尚未有国家规范和规程，而地方规程又受到地区条件的限制，因此深基坑的设计和施工仍处于边干、边学、边提高、边总结、边积累资料的阶段。从80年代开始，我国高层建筑及工业建筑的地下工程日渐增多，深基坑的开挖和支护设计就成了这类工程的突出矛盾。由于深基坑支护结构的受力机理与一般挡土墙并不完全等同，是土与结构共同发挥作用，因此若直接按挡土墙进行土压力计算，将会造成很大的浪费。
（三）应确保深基坑开挖支护系统的施工质量。
深基坑支护系统的施工可以说是设计的试验过程，其质量的优劣将对该系统能否正常工作有着重大影响，并直接影响支护结构及被支护土体变形量的大小、稳定性以及邻近建筑及设施的安全 即使是合理的支护系统，也可能由于施工质量未能满足设计要求而造成重大事故。因此，对施工过程必须高度重视，发现问题时要及时调整设计。
总之，深基坑围护结构的设计与施工必须综台考虑工程地质水文资料、环境条件、施工技术水平、工程造价、工期、社会效益等各种因素，在地下部分施工时应加强时间观念，避免因基坑暴露时间过长而增加事故隐患。
深基坑支护结构的选型也是非常重要的，除考虑地基土类别的不同外，还应考虑地下水 位的深浅、土力学指标的大小以及周围环境条件等。如支护结构的型式选择合理，则能做到安全可靠，施工顺利，缩短工期，并带来明显的经济效益，所以这是设计中的关键问题。由于在深基坑开挖工程中，边坡在稳定方面存在很大的潜在危险-胜和破坏的突然性，且地下工程随时会受各种水文、地质、雨季等复杂条件的影响，因此很难单纯从理论上预估可能出现的问题。特别是在深基坑旁有基础较浅的建筑物或重要地下管线，支护结构不容许有较大的位移时，施工时必须进行监测，最好一边开挖一边测试并随时观测，并应有应急措施。
今后我们在所有深基坑开挖与支护工程中都应注意认真总结，以尽早提高这方面的设计和施工水平。
作者简介：
詹镇平1（1985年.9月），男，汉族，广东，工学学士学位，研究方向：建筑结构。
戴亚2（1990年9月），男，汉族，广东，学士学位，研究方向：建筑结构。
论文作者:詹镇平1,戴亚2
论文发表刊物:《基层建设》2016年3期
论文发表时间:2016/5/30
标签：基坑论文; 结构论文; 悬臂论文; 深基坑论文; 挡土墙论文; 压力论文; 工程论文; 《基层建设》2016年3期论文;