1、对深基坑支护设计的探讨【摘要】近几年来，随着建筑业的发展，高层建筑如雨后春笋，但高层建筑的基础埋设较深，而相邻建筑的安全，对深基坑支护的要求越来越高。本文笔者主要针对深基坑支护设计中存在的问题提出几点改进方法。 【关键词】深基坑；设计；施工； 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 一、深基坑支护设计中存在的问题 （一）支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当 深基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其安全度，但由于地质情况多变且十分复杂，要精确地计算土压力目前还十分困难，至今仍在采用库伦公式或朗肯公式。关于土体物理参数的选择是一个非常复杂的问题，尤其是在深基坑开挖后，含水率、内摩擦
2、角和粘聚力三个参数是可变值，准确计算出支护结构的实际受力比较困难。 在深基坑支护结构设计中，如果对地基土体的物理力学参数取值不准，将对设计的结果产生很大影响。实验数据表明：基坑开挖前、后，土体的内摩擦角值一般相差 5，而产生的土体的主动土压力也不相同；而原土体的内凝聚力与开挖后土体的内凝聚力，则差别也大，一般在6kPa 以上，施工工艺和支护结构形式不同，对土体的物理力学参数的选取也有很大影响。 （二）基坑土体的取样不具有代表性 在深基坑支护结构设计之前，必须对地基土层进行取样分析，以取得土体比较合理的物理力学指标，为支护结构的设计提拱可靠的依据。一般在深基坑开挖区域 23 倍范围内，按相关规范
3、的要求进行钻探取样。由于为了减少勘探的工作量和降低工程造价，不能钻过多钻孔；因此，所取得的土样有时就有一定的随机性和不完全性。但是，地质构造是复杂和多变的，这样取得的土样的数据不具代表性，因此不可能全面反映土层的真实情况。因此，引致支护结构的设计也就不完全符合实际的地质现状。 （三）基坑开挖存在的空间效应考虑不周 深基坑开挖中大量的实测资料表明：基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两头小。深基坑边坡的失稳，常常以长边的居中位置发生，这足以说明深基坑开挖是一个空间问题。传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的，对一些细长条基坑来讲，这种平面应变假设是比较符合实际的，而对近似方形或长方形
4、深基坑则差别比较大。所以，在未进行空间问题处理前而按平面应变假设设计时，支护结构要适当进行调整，以适应开挖空间效应的要求。 （四）支护结构设计计算与实际受力不符 目前，深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论，但支护结构的实际受力并不那么简单。工程实践证明，有的支护结构按极限平衡理论计算的安全系数，从理论上讲是绝对安全的，但却发生破坏：有的支护结构却恰恰相反，即安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中却获得成功。极限平衡理论是深基坑支护结构的一种静态设计，而实际上开挖后的土体是一种动态平衡状态，也是一个松弛过程，随着时间的增长，土体强度逐渐下降，并产生一定的变形。这说明在设计
5、中必须给予充分的考虑，但在目前的设计计算中却常被忽视。支护结构设计时要考虑由于超孔隙水压力对土体的影响，对土的各项物理力学性质指标取值要慎重，为了使取值更加可靠，最好在工程桩结束后，对土体做原位测试，以取得第一手资料，积累经验，提高工程的设计与施工水平，预防和避免事故的发生。 二、深基坑支护设计的改进方法 （一）转变传统的设计理念 近十几年来，我国在深基坑支护技术上已经积累很多实践经验，收集了施工过程中的一些技术数据，已初步摸索出岩土变化支护结构实际受力的规律，为建立深基坑支护结构设计的新理论和新方法打下了良好的基础。但是，对于深基坑支护结构的设计，国内外至今尚没有一种精确的计算方法，目前仍处
6、于摸索和探讨阶段。我国也没有统一的支护结构设计规范，土压力分布还按库伦或朗肯理论确定，支护桩仍用“等值梁法”进行计算，其计算结果与深基坑支护结构的实际受力悬殊较大，既不安全也不经济。由此可见，深基坑支护结构的设计不应再采用传统的“结构荷载法” ，而应彻底改变传统的设计观念，逐步建立以施工监测为主导的信息反馈动态设计体系，这也是工程设计人员需要加强的科研攻关方向。 （二）建立变形控制的新的工程设计方法 目前，设计人员用的极限平衡原理是一种简便实用的常用设计方法，其计算结果具有重要的参考价值。但是，将这种设计方法用于深基坑支护结构，只能单纯满足支护结构的强度要求，而不能保证支护结构的刚度。众多工程
7、事故就是因为支护结构产生过大的变形而造成的，由此可见，评价一个支护结构的设计方案优劣，不仅要看其是否满足强度的要求，而且还要看其变形大小。鉴于工程实际，在建立新的变形控制设计法时，还应着重研究支护结构变形控制的标准、空间效应转化为平面应变和地面超载的确定及其对支护结构的影响等。 （三）大力开展支护结构的试验研究 正确的理论必须建立在大量试验研究的基础上，但是，在深基坑支护结构方面，我国至今还缺乏系统的科学试验研究。一些支护结构工程成功了，也讲不出具体成功之处；一些支护结构工程失败了，也说不清失败的真实原因。在支护工程施工的过程中积累的技术资料很丰富，但缺少科学的测试数据，无法进行科学分析，不能
8、上升到理论的高度，这是一个很大的缺陷。开展支护结构的试验研究（包括实验室模拟试验和工程现场试验） 。虽然要耗费部分资金，但由于深基坑支护工程投资巨大。如经过科学试验再进行设计时，肯定会节省可观的经费。因此，工程现场试验是非常必要的。通过工程实践积累大量的测试数据，可对同类工程的成功打好基础，为理论研究和建立新的计算方法提供可靠的第一手资料。 （四）探索新型支护结构的计算方法 高层建筑的飞速发展给深基坑支护结构带来一场技术革命。在钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩挡墙、地下连续墙等支护结构成功应用后，双排桩、土钉、组合拱帷幕、旋喷土锚、预应力钢筋混凝土多孔板等新的支护结构型式也相继问世。但是，这
9、些支护结构型式的计算模型如何建立、计算简图怎样选取、设计方法如何趋于科学，仍是当前新型支护结构设计中急需解决的问题。目前，深基坑支护结构正在向着综合性方向发展，即受力结构与水力结构相结合、临时支护结构与永久支护结构相结合、基坑开挖方式与支护结构型式相结合。这几种结合必然使支护结构受力变得更加复杂。所以，建立新型支护结构的计算模型和方法，已成为深基坑工程设计技术的当务之急。 三、基坑支护施工简述 （一）基坑支护结构施工 施工顺序: 定位放线水泥深层搅拌桩隔水帷幕钻孔灌注桩挖上层土钢筋混凝土锁口梁基坑内土方开挖；水泥深层搅拌桩要做好质量控制措施, 在施工之前要通过试桩确定水泥浆的最终水灰比、泵送时
10、间、搅拌机的提升速度, 严格控制第一次下沉的预搅速度, 使土体完全预搅切碎, 同水泥浆均匀搅合; 土方开挖前要制定好开挖方案, 根据工程的具体情况, 确定土方开挖顺序及分层开挖厚度, 使之与支护结构设计工况一致, 同时挖土施工期间, 围护压顶上严禁堆放重物。 （二）深层搅拌桩施工 根据设计要求的支护关系，先施工深层搅拌桩止水帷幕，再施工支护灌注桩。深层搅拌桩施工采用二喷四搅施工工艺，深层搅拌水泥土墙采取搭接法施工。 （三）支护灌注桩施工 支护灌注桩采用回转钻进、水下灌注混凝土的施工工艺。施工完成7 d 后，进行桩头开挖清理，在锚索成孔注浆完成后，进行桩顶冠梁施工。 （四）高压旋喷桩施工 基坑东
11、侧在灌注桩桩间需要插打高压旋喷桩进行加固和止水。高压旋喷桩采用二重管发，施工时，轴线与支护桩位轴线要重合，与支护桩应保证良好搭接，搭接长度应不小于 400 mm。 （五）锚索施工 灌注桩及高压旋喷桩施工完成后，进行锚索施工，锚索施工工艺采用全套管跟进施工，二次高压注浆的施工工艺。冠梁施工完成具备一定强度后，进行锚索锁定。张拉设备采用穿心式液压千斤顶，逐级加载直至设计拉力，在压力表稳定后锁定。 （六）内支撑施工 在基坑第一层土方开挖前，把内支撑安设完成。钢支撑在加工车间提前制作完成，安装前运至施工现场进行拼装，整体拼装完成后与冠梁内的预埋件焊接连接。 四、结语 高层建筑的迅速兴起，促进了深基坑支护技术的发展。各地在深基坑开挖和支护技术方面积累了丰富的设计和施工经验，一大批新技术、新结构、新工艺不断涌现。但是，现在的城市建筑间距很小，有的基坑边缘距已有建筑仅十几米、甚至几米，给基础工程施工带来很大的难度，给周围环境带来极大威胁，也相应地增加了施工工期和施工费用。另外，原来的深基坑支护结构的设计理论、设计原则、运算公式、施工工艺等，已不能满足深基坑开挖与支护结构的实际需要，导致一些基坑工程出现坍塌等事故，造成人员生命和财产的巨大损失。因此，对深基坑支护的安全问题，工程技术人员应予以高度重视。
