1、基坑支护结构设计原则及结构选型浅析【摘要】基坑开挖过程中不同的工程所采用的基坑支护形式不同。本文分析了工程中常见支护结构类型、适用条件以及基坑支护结构设计的承载力极限状态原则和正常使用极限状态原则，最后根据笔者多年工作经验提出基坑支护结构选型。 【关键词】基坑；支护结构设计原则选型 中图分类号： TV551.4 文献标识码： A 文章编号： 深基坑支护是近些年来才发展起来的工程运用学科，相比上部结构和基础工程还不够成熟，新的、完善的支护结构土压力理论还没有正式提出，多半依靠传统的土力理论及地区经验，使得基坑工程从设计到施工，都存在着较大的风险，同时因为与各地区土质、支护结构的刚度和施工方法等有
2、关，结果往往不是不安全就是偏于保守甚至导致浪费。特别在城市中进行开挖时，基坑周围通常存在交通要道及各种构筑物，这就涉及到基坑开挖中一个很重要的内容：要保护周边构筑物的安全。同时，基坑支护常作为临时结构，经济问题也同样重要。 一、常用基坑支护类型的特点及其适用范围 1、放坡开挖 特点：施工方便，造价低，场地条件要求较高，防护强度不高，受气候影响较大。适用范围：在基坑开挖深度较浅时，若施工现场不需考虑相邻构筑物安全和正常使用时，可以优先考虑采用该种方法。该方法适用于周围场地开阔，地下水位较低，周围无重要的构筑物，基坑位移控制要求不严格，只要求稳定的工程。但当地下水位较高时，就必须结合井点或隔水帷幕
3、等措施共同使用。 2、地下连续墙 特点：支护刚度大，止水效果好，但造价较高，需专业的设备。适用范围：适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周围环境要求较高的基坑。条件允许的情况下配合上部结构进行整体设计，既起到了基坑支护的作用，当基坑施工结束后还可以作为上部结构的一部分，既安全又节约。 3、深层搅拌水泥土围护墙 作为一种原位土体加固方法，深层搅拌水泥土围护墙应用广泛。深层搅拌水泥土是利用深层搅拌机械在软弱地基内，边钻进边往软土中喷射浆液或者雾状粉体，同时借助搅拌轴旋转搅拌，使喷入软土中的浆液或雾状粉体与软土能充分拌和在一起，形成强度比天然土体高得多，并具有整体性和稳定性的桩体，由若干这种桩体和桩
4、周围土构成水泥挡土墙。 特点：施工中无振动；无噪声；污染少；挤土轻微；基坑内无支护，便于机械开挖；兼顾挡土、止水双重功能，一般情况下较为经济；但是其位移相对较大(特别在长基坑时)，注意采取中间加墩、起拱等措施加以限制，另外其厚度较大，只有在周围环境允许时才能采用。在水泥搅拌桩施工时要注意防止污染周边环境。 适用范围：主要适用于地质条件稍差，地基土承载力不宜大于 150 kPa，基坑深度不大于 6 m 时；因为其施工无振动、无噪声、污染少的特点，在市区中施工更能显示其优越性。 4、SMW 工法 SMW(Soil Mixing Wall)工法是一种较新的用于取代常规地下连续墙做深基坑围护结构的施工
5、方法，亦称为劲性水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩内插入 H 型钢等(多数为 H 型钢和钢管)，将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构围护墙。 特点：施工速度快，施工噪声小，对周边环境的影响小；结构强度可靠，挡水防渗性能好；若采取一定的措施能回收 H 型钢等材料，施工成本将大大低于常规地下连续墙。 适用范围：适用于周围环境要求较高的松软地层，其中特别适于以黏土和粉细砂为主的松软地层；由于其结构强度可靠，凡是适合水泥土搅拌桩施工的场合都可以使用。 5、钻孔灌注桩 特点：施工无振动，施工噪声小，无挤土现象；对周边环境影响小；墙体强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小；但
6、是，桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连接，故整体稳定性较差；当工程桩也为灌注桩时，可以同步施工，便于组织，工期短；但是在高水位软黏土质地区，桩间缝隙易造成水土流失，需根据工程条件合理采用注浆、水泥搅拌桩等施工措施加以解决。 适用范围：适用于基坑边存在重要构筑物时，必要时配合预应力锚杆(索)使用，效果更佳；适用于软黏土质和砂土地区，但是在砂砾层和卵石层中施工困难时应慎用。 6、土钉墙 土钉墙由被加固土体、放置在土中的土钉和面板组成。天然土体通过土钉就地实施加固，并与喷锚混凝土面板相结合，形成一个类似重力式挡土墙的挡土结构，以此来抵抗墙后传来的土压力和其他荷载，从而保证开挖坡面的稳定，我们称该结构
7、为土钉墙。 特点：设备简单；随基坑开挖而分层分段实施作业，施工效率高，且基坑开挖好，土钉墙也同时建好，成本相对较低。 适用范围：适用于土质较好地区，周边环境条件较好时用此法稳定可靠，施工简便且工期短，经济性好。 二、基坑支护结构的设计原则 基坑支护结构设计应该根据其破坏后果的严重性分别采用不同的安全等级。若破坏后果相当严重应采用一级安全等级，破坏后果严重的采用二级，破坏后果不严重的采用三级。基坑支护结构通常按照承载力极限状态以及正常使用极限状态来进行设计验算。 1、承载力极限状态 我们通常也将承载力极限状态称之为应力极限状态。包括下列几种情况： 抗剪切破坏要求满足下式： pp 其中： p 为桩
8、所承受的剪应力；p为支护结构的抗剪强度。 抗倾覆破 坏的极限状态要求满足下式： EpEa 式中：Ep 为支护结构承受的被动土压力；Ea 为支护结构承受的主动土压力。 抗滑动破坏的极限状态要求满足： ss 式中：s 为滑动面上地基土受到的剪应力；s为地基土的抗剪强度。 抗弯破坏的极限状态要求满足： MM 式中：M 为支护结构截面所受的弯矩；M为支护结构的抗弯强度。 2、正常使用极限状态 我们通常也将正常使用极限状态称之为变形极限状态。基坑支护结构在土侧压力的作用下若发生较大位移，那么周围的地表势必会出现下沉，有可能导致周围的结构物出现开裂，影响其正常使用。若变形量过大，甚至会造成周围建筑物倾斜、
9、倒塌，地下管线断裂等情况。因此，在进行基坑支护结构设计时必须确保支护结构的位移量控制在允许范围以内。 三、支护结构选型 基坑支护的目的是确保基坑开挖自身坑壁的稳定及施工安全；保证周围临近结构物、地下管线的安全；便于基坑开挖施工及地下工程建设；支护结构受力明确、施工方便、节约成本。因此，支护结构选型应该本着安全、经济、合理、因地适宜的原则。安全是基坑支护结构的核心问题，不仅仅要考虑支护体系自身的安全，确保基坑开挖施工的顺利进行，又要保证周围结构物、地下管线的正常使用。支护结构的经济性指的也不仅仅是支护结构自身的造价，还应该考虑到施工工期、安全等各方面的综合经济效益。 一个好的支护体系，应该要做到
10、因地制宜，根据施工现场的实际条件，选用合理的支护结构形式。在地质条件与开挖深度均相同时，允许支护结构位移量不同，采用的支护形式及产生的费用有可能相差很大。基坑支护结构因为是一种临时结构，因此再设计时采用的安全系数不宜过大，但是，必须由一定的安全储备。可以从经济与安全两个方面综合考虑，可采用较低的安全系数下，加强基坑开挖过程中的坚持，并准备相应的应急措施，当发现事故的苗头时，立即处理，确保安全。 一般讲，软粘土地基中基坑工程要侧重处理支护体系围护结构的稳定性问题，或者说处理好挡土问题；地下流水位较高的砂性土地基中基坑工程要侧重处理好水的问题，如何降低地下水位，如何设置好止水帷幕，软粘土地基中基坑
11、工程支护体系失稳往往是支护结构失稳。引起支护结构失稳的原因很多，有设计方面的原因，也有施工方面的原因，也有对地质条件了解不清楚的原因。渗透性较大的地基中基坑工程支护体系失败往往是水的问题未处理好。要根据地基土质情况合理选用支护体系。 总结 基坑支护是一种特殊的结构方式，具有很多功能。不同的支护结构适应于不同的水文地质条件，因此要根据具体问题，具体分析，从而选择经济适用的支护结构。 参考文献 1 朱侠. 浅谈深基坑支护方案选择J. 知识经济. 2011(11) 2 汪军. 基坑支护结构设计原则和结构选型J. 中国西部科技. 2009(01) 3 宋晓. 高层建筑基坑支护结构的施工条件及选型方法J. 现代装饰(理论). 2011(05)
