石建华
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摘要：土木工程的频繁活动促进了基坑工程的发展，特别是在21世纪随着大量高层、超高层建筑，以及地下工程的不断涌现，对基坑工程的要求越来越高，随之出现的问题也越来越多，迫使工程技术人员须从新的角度去审视基坑工程这一古老的课题，导致许多新的理论、新的经验或研究方法得以出现与成熟。
关键词：基坑支护；结构设计；施工
1 基坑支护结构的设计原则和实施方法
基坑支护设计过程中必须坚持经济合理、安全可靠、便于施工的基本原则。基坑支护结构应该采取承载力极限状态的计算模式，具体计算的内容主要包括:(1)按照基坑支护的形式和受力特点进行土体计算。(2)根据基坑支护结构的受弯、受压、受剪的承载力进行计算。
2 基坑工程的特点及其内容
2.1 工程特点
⑴ 基坑支护工程的设计与施工涉及许多专业学科及部门或单位。
⑵ 基坑支护工程的施工往往集中在市区及主要街道的两旁, 建筑密度大、人口密集、交通拥挤、场地狭小, 施工环境较复杂。
⑶ 基坑开挖深度越来越大,给设计与施工增加了一定的难度。
⑷ 影响基坑工程的不确定(不可预见) 因素较多。
2.2 基坑工程的内容
岩土工程勘察与环境调查；支护结构选型及设计；地下水控制的设计及施工；基坑开挖、支护结构施工与检测; 基坑地基处理及监测; 施工过程的环境保护评估及实施。
3 深基坑支护结构的类型
3.1 钢板桩支护
钢板桩是应用于建筑深基坑的支护，是一种施工简单，投资经济的支护方法。在软土地区过去应用较多，但由于钢板桩本身柔性大，因此对基坑支护深度达7 m 以上软土地层，基坑支护不宜采用钢板桩支护，除非设置多层支撑或锚拉杆，但应考虑到地下室施工结束后钢板桩拔除时对周围地基和地表变形的影响。
3.2 地下连续墙
地下连续墙是在泥浆护壁的条件下分槽段构筑的钢筋混凝土墙体。由于地下连续墙具有整体刚度大和防渗性好，适用于地下水位以下的软粘土和砂土多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况。
3.3 内支撑和锚杆
目前支护结构的内支撑，常用的有钢结构支撑和钢筋混凝土结构支撑两类，钢结构支撑多用圆钢管和大规格的型钢。为减少挡墙的变形，用钢结构支撑时可用液压千斤顶施加预应力。钢筋混凝土支撑是近几年深基坑施工中发展起来的一种支撑形式，它多用土模或模板随着挖土逐层现浇，截面尺寸和配筋根据支撑布置和杆件内力大小而定，它刚度大、变形小，能有力地控制挡墙变形和周围地面的变形，宜用于较深基坑或周围环境要求较高的地区。
3.4 土钉墙支护
土钉墙围护结构是边开挖基坑边在土坡面上铺设钢筋网，并通过喷射混凝土形成混凝土面板，从而形成加筋土重力式挡墙起到挡土作用。适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土，不适用于淤泥质及地下水位下且未经降水处理的土层，周围管线密集的基坑也应慎用。
4 深基坑支护结构设计的要点
4.1 基坑的设计要求?
基坑工程的实施, 是在任务重、条件差、要求进度快、质量高、造价低等条件下完成的, 这就给设计和施工人员提出了新的课题, 因此基坑工程设计和施工总的要求就是要做到设计先进、经济合理、施工方便、安全可靠。
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基坑工程各环节的工作必须遵守国家和地方以及行业现行的法律和法规, 并执行现行的有关技术标准。
4.2 深基坑支护结构的设计计算
4.2.1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。
4.2.2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。
4.3 深基坑支护结构的设计思路
对于一个支护结构的设计, 首先要根据拟建工程的自然地形、地质条件、当地的经验及技术条件,综合考虑来选择一个最适合的设计方案。它应当符合国家的经济技术方针、政策法规和规范、规定等,且技术先进、安全可靠、造价经济、施工方便。因此设计首先应是概念设计, 重点在于可行性方案的筛选与优化, 对支护结构方案的选择和优化可按以下步骤进行:?
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。而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。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。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。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。?
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。?
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。
5 结语
综上所述，只有遵循基坑支护结构的设计原则与方法选择合适的支护类型，采用合理的设计方法，对深基坑工程进行全程的技术把握，才能达到其保证基坑安全稳定的作用。
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论文作者:石建华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/16
标签：基坑论文; 结构论文; 工程论文; 土层论文; 悬臂论文; 方法论文; 钢板论文; 《防护工程》2018年第14期论文;