湖北省城市地质工程院 湖北 570105
摘要：在岩土工程中，深基坑支护施工是非常重要的施工项目，深基坑支护施工的好坏直接决定了岩土工程是否具有良好的稳定性。做好深基坑支护技术的设计，可以提升岩土工程的工程质量，保障人们的居住安全。因此，本文首先分析了岩土工程中深基坑支护的设计要点，然后运用实际案例分析了岩土工程中的深基坑支护设计方法，最后，对如何优化岩土工程中深基坑支护的设计进行了探讨。
关键词：岩土工程，深基坑支护，设计
引言
社会经济的发展和人们对生活水平要求的更高要求，都使岩土工程得到了一定的发展，在我国高层建筑物越来越多的前提下，深基坑支护技术的应用越来越广泛。但是在进行深基坑支护施工时，其工程具有一定的复杂性，而且施工技术越来越先进，这就需要在岩土工程中，对深基坑支护施工进行合理的设计，从而保障整个工程的施工质量。
1.岩土工程中深基坑支护设计要点
1.1合理选择支护参数
深基坑在建筑中起着重要的作用，其支护结构的承担能力决定了建筑物的安全值。在实际操作中，因地质复杂多变，虽可使用库伦公式或朗肯公式，但对于土压力的精确测量存在一定的困难。特别是深基坑开始挖掘后，其含水率、内摩擦角和粘聚力这三个参数均是可变的，如果在支护结构的设计中，所选取的土体力参数出现出入，就会导致支护结构的实际受力出现偏差。因此，开展深基坑支护设计时，需要合理选择设计参数，利用相关公式，结合地质实际情况，准确的计算土压力。在明确支护参数前，需要做好大量的工程试验，以确保参数选择的合理性与科学性。在进行取样试验时，要选择能够代表项目整体的土质，以确保设计参数的准确性。除此之外，需要计算支护变形，综合考虑各种影响因素，以确保岩土工程支护的可靠性。
1.2 做好强度设计
由于目前深基坑支护结构的承受力以极限平衡理论作为计算础，但在长久实施中发现，部分支护结构已符合极限平衡理论系数，但支护的受力依旧不稳定，容易出现意外造成一定的经济损失。通过研究观察发现，极限平衡理论是静态的结构理论，工程建筑建成后虽保持着动态的平衡，但其基础结构本身也存在一定的变化，在时间不断延长的环境下，支持强度也持续性降低，同时表现出形态的改变。因此，强度设计的合理性，直接影响着岩土工程施工的质量。在设计深基坑支护时，要按照国家相关规定，准确的计算深基坑支护强度。需要做好地质检测与水文检测等工作，结合支护结构强度与变形量，来计算深基坑支护强度。在设计的过程中，需要从基坑开挖深度与使用年限等方面，进行综合分析，满足工程施工要求。
1.3 创新深基坑支护技术
在挖基坑的实践中，支护结构位移发生的位置大多为基坑的较长边，多发于中间位置，在短边部分的位移较少。基坑的深度和平面形状对基坑支护体系的稳定性和变形有较大影响。现有的深基坑支护结构设计并没有充分考虑深基坑开挖的空间效应问题，只是按平面应变假设来设计深基坑支护的结构。现阶段，深基坑支护技术水平不断提高，工程经验较为丰富，涌现出诸多新的支护技术与施工工艺，但是因为城市用地较为紧张，使得多数基坑边缘和建筑物之间的距离较短，影响着施工，极易造成环境破坏，加之部分支护技术与施工工艺难以达到岩土工程施工需求，因此需要做好技术创新，以确保基坑施工的质量与安全。
2.岩土工程中深基坑支护设计案例分析
2.1案例背景
金融中心项目位于海口市中心区A13号地块。该用地呈长方形，南北长约136米，东西长约265米，用地面积为35343.41平方米。场地内拟建建筑物为3栋超高层建筑，A楼和B楼均为37层， 高约155.6米 ，C楼为24层高约102.90米。其中C楼南侧设有4层，整个建筑场地设有4层地下室。基础形式拟采用桩基础和筏基础。本场地现地面较平整，地势呈东高西低，标高介于14.5m~15.6m之间。地下室基坑呈长方形，开挖深度大部分为15.9m，局部深度达20.6m。基坑周长约723m。
2.2建筑工程地质情况
场地西侧和北侧为临时水泥道路，基坑开挖影响范围内无建筑物及管线，场地东侧为在建海南大厦，海南大厦基坑深度为20.3m，现基坑已回填完成，正在进行上部结构施工。本基坑相距海南大厦基坑最近约37m。场地南侧为国兴西路，国兴路基底下埋设有较多的市政管线。人行道距基坑边线约25m。1、地层岩性人工填土层第①层，杂填土：杂色（褐黄、褐红、灰色等），主要成分为砂质粘性土，夹杂有少量建筑垃圾和生活垃圾，如块石、砖块、塑料袋等，属于新近填土，堆填时间约1年，土质松散。层厚0.30～5.80m，平均厚度为2.34m，出露于地表，其标高为13.91～18.10m。各钻孔中均有揭露。第②层，粘土质砂：褐黄、棕红、红色，稍湿，松散～稍密，以粘土质中砂、砾砂为主，上部粘粒含量较多，约10-20%，下部粘粒含量较少，约5-10%，级配不良。层厚0.60～7.90m，平均厚度为4.38m，层顶埋深0.30～5.80m，其标高为10.65～17.11m。钻孔中均有揭露。第③层，粘土：红色，可塑（野外特征），底部渐变为粘土质砂和砂。层厚0.60～7.50m，平均厚度为2.82m，大部分钻孔中有揭露。第④层，砾砂：黄、褐黄、灰白、红色，饱和，稍密～中密，粘粒含量一般为3～8%，局部可达15%，以砾砂为主，含中砂、粗砂透镜体和薄层粘土，级配良好。层厚2.50～16.90m，平均厚度为9.53m，层顶埋深5.30～22.00m，标高为-5.39～10.00m。钻孔中均有揭露。第④-1层，粘土：灰黄、灰白、灰色，可塑，局部夹有中、粗、砾砂层透镜体薄层。层厚0.40～7.50m，平均厚度为2.20m，呈薄层状或透镜体在大部分钻孔中揭露。第⑤层，粘土：褐黄、灰色，可塑，局部硬塑。层厚8.00～25.50m，平均厚度为16.84m， 呈中厚层状在各钻孔中均有揭露。地下水勘察时观测的地下水稳定水位为6.40～15.70m（秀英高程0.11～9.57m）。
2.3基坑支护设计
沿用了桩锚支护结构型式及桩间和连续高喷桩联合止水方式。在支护桩及止水桩施工深度及锚索布置方面进行了合理优化调整，力争做到结构安全、施工方便、造价经济。围护方案采用桩锚支护结构。由于透水的砾层较厚，埋藏较深，为保证止水效果，设计采用三重管高压旋喷桩间止水并配合深部二重管连续桩止水。坡顶1.5m放坡开挖，下部直立开挖。支护桩采用直径为1.1m~1.2m钻孔灌注桩，预应力锚索成孔采用跟管钻进，局部较大吨位锚索采用端部扩孔，增加锚的抗拔力。本方案按基坑开挖深度及土层情况分为8个支护剖面，其中2个剖面为坑内二次支护及坡道两侧支护，采用放坡挂网喷砼护坡方式。考虑坡顶均布荷载20KPa，坡道处40KPa，不能超设计堆载。为了保证其稳固性，可参照下图进行基坑稳固性分析，再进行设计。
2.4 施工技术要点
开展深基坑工程支护施工作业，需要做好施工变形观测工作，及时掌握基坑边坡变形情况，以获取相关数据，做好数据分析与评估，针对基坑支护位置与变形情况进行调整，确保深基坑工程施工的质量。在开展深基坑支护施工时，需要做好技术交底工作，完善支护设计规范，结合工程特点与施工作业要求，合理设计深基坑支护，以确保施工效率与质量。 在施工的过程中，需要加强质量管理，做好工程施工检查，及时发现存在的问题，做好问题处理。
3.深基坑支护设计中存在的问题
3.1 支护结构计算不符合实际受力
长期工程实践证明，虽然从理论上来看有的支护结构的极限平衡理论系数绝对安全，但是，实际中却容易产生破坏。但是，过小的支护结构系数又使得要求不规范，无法达到实际工程标准、要求。坑壁土体的状态是动态平衡，伴随时间的延长，土体也渐渐处于松弛，当降低了土体强度后，土体也就发生变形。
3.2选择力学参数
深基坑安全设计直接受到土压力大小的影响。开挖深基坑后，地质情况也发生改变，土体物理力学参数也随之发生相应变化，具体为粘聚力、内摩擦角、含水率，对此要对土压力进行精确地计算就具有相当难度。所以，如何选择土体物理力学参数就成为不确定因素。当相差内摩擦角值为5°时，就会产生不同的主动土压力，一旦当开挖了原土体后，就会产生差别更大的土体内凝聚力。土体物理力学参数的选择不同，深基坑的支护结构形式与施工工艺也各不相同。
3.3开挖基坑空间效应
在深基坑长边居中部分，常常会发生边坡失稳的现象，由此看出空间问题在深基坑中是个必要考虑的问题。对于细长基坑而言，在处理空间问题上，为与开挖空间效应标准相适应，应适当地调整支护的结构，设计可按照平面应变的原则。
3.4土体取样问题
设计深基坑支护结构时，取样分析土层的工作十分关键，该工作能够为设计支护结构提供安全、可靠的依据，且物理力学指标也较为理想。通常情况下，在开挖深基坑地段，预先钻探取样，但是不完全性和一定的随机性是土样所具备的。由此可知，深基坑支护结构的设计因地质构造的不同而相异。
3.5 场地综合因素
在进行深基坑设计时，场地因素包含很多中，包含基坑过深造成的坍塌现象，如果不采取支护措施，就会出现坍塌；基坑内受地下水的影响，产生沉降。深基坑如果深度过大，地下水对基坑的稳定性会带来影响，因此在施工中应该注意排水和降水，而排水与降水又会造成临近土体出现沉降，影响附近建筑。最理想的措施是既能排走基坑内的水，又能保证基坑外侧不会出现沉降，一般止水帷幕法控制地面沉降方面的应用比较多。通常施工尽可能选择在非雨季，由于雨季降水多，降水与排水都会增加施工成本，而且也会延长工期，不利于工程的整体进展。
4.岩土工程深基坑支护中设计问题的有效控制措施
4.1 优化岩土工程中的深基坑支护设计
虽然我国深基坑支护技术发展速度非常快，目前的深基坑支护结构设计过程中还存在一些问题，因此需要进行优化。
4.2 树立全新的设计观念
近年来，我国在深基坑支护技术得到了迅速的发展，其主要表现在通过对深基坑支护施工数据的收集，摸索出支护结构的受力规律，为深基坑支护结构设计新理论的提出提供了基础条件。然而，对目前来说，在基坑支护结构设计过程中，经常会出现缺乏精确的计算方法的支持，缺统一的支护结构设计规范。如在支护桩的计算时，仍然使用“等值梁法”计算方法。这种计算方法很容易导致计算结果与现实情况存在很大的差距。由此可见，要想设计出理论与实际相符的深基坑支护结构，必须采用创新的设计观念，建立信息反馈的设计体系，进而设计出更为科学的深基坑支护结构。
4.3 采用新型的基坑支护设计方法
基坑边坡的变形观测作为深基坑支护工程变形观测的重要环节。在支护工程设计时，我们可以通过对数据进行监测，并对监测结果进行分析，并采取一些有效的处理措施，以控制基坑沉降变形问题。因此，在深基坑支护工程设计过程中，设计人员应确保施工方案的安全性和可靠性。除此之外，对于情况复杂的基坑工程，设计人员可以采用专家论证的形式，以有效的降低工程造价、从根本上保证岩土工程深基坑支护的安全和可靠性。
4.4构建合理的支护结构
高层建筑施工特别需要进行深基坑支护结构的设计。但是，对于深基坑支护结构方面，具有一定的综合性。另外，深基坑工程施工工艺众多，包括岩土工程和结构工程。因此，设计人员在设计中应综合考虑了工程造价、施工工期及施工安全等问题，将设计理论与实际进行有效结合，以辩证的方式对待岩土工程深基坑支护及周围环境之间的关系，进而构建出合理的支护结构。
4.5 进行支护结构的相关试验
支护结构的试验内容包括工程施工现场的试验和实验室模拟试验，支护结构虽耗费大量资金。但因深基坑支护部分的投资成本较高，若先进行支护结构的试验再进行支护结构的设计，将会大大降低工程的投资成本。因此，做好支护结构工程的现场试验显得极其重要。通过工程实践证明，在深基坑支护设计中，需要不断地积累的测试数据，为建立全新的计算方法提供理论资料。
4.6掌握好先进的支护结构计算方法
近年来，深基坑支护结构已经逐渐向着综合性的方向发展。也就是说，逐渐实现了临时支护结构和永久支护结构相结合、受力结构和水力结构相结合以及基坑开挖方式和支护结构型式相结合。这种结合方式使深基坑支护结构的受力越来越复杂，因此，我们需要引入新型的支护结构计算方法。除此之外，考虑到基坑开挖与支护结构工程是一项系统性和全面性的工程，其涉及的范围较广，不仅包括施工工艺以及施工管理，而且包括工程地质、水文地质、建筑材料、工程结构等。同时也是是一项综合性的学科，包括材料学、土力学、水力学以及结构力学等。因此，设计人员应采用先进的支护结构计算方法，并合理控制好深基坑支护设计中的各个环节，这样才能确保基坑支护设计方案的安全性、可靠性和经济性。
5.结束语
综上所述，岩土工程中的深基坑施工是整个工程建筑中的重心，为了确保工程能够顺利展开施工，需加强深基坑支护结构的设计。同时，在设计过程中应综合考虑各类影响土压力的因素，进行全面的分析，确保支护结构设计的合理性。此外，加强各环节的施工质量，以确保工程施工的效果。
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论文作者:李双安
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第12期
论文发表时间:2017/12/11
标签：基坑论文; 深基坑论文; 结构论文; 岩土工程论文; 工程论文; 粘土论文; 钻孔论文; 《建筑科技》2017年第12期论文;