深基坑支護結構：設計、計算方法、施工

摘要：隨著深基坑開挖深度的越來越大，合理的基坑支護技術是保障建筑物安全施工的關鍵，為了確保建筑物的穩定性，建筑基礎必須要滿足地下埋深嵌固的規范要求。基坑支護施工要綜合考慮工程所在地的地理條件、工程類型、基坑開挖規模、周邊環境、支護結構等因素。

關鍵詞：深基坑支護，設計，計算方法，施工

1 引言

深基坑工程，是隨著城市建設事業的發展而出現的一種較類型的巖土工程，基坑支護設計是一個綜合性的巖土工程問題，既涉及土力學中典型強度與穩定問題，又包含了變形問題，同時還涉及到土與支護結構的共同作用以及結構力學等問題。隨著對這些問題的認識及其對策研究的深入，越來越多的新技術在深基坑工程中也得到應用。

深基坑的開挖與支護，是一項系統工程，涉及工程地質、水文地質、工程結構、施工工藝和工程管理。它是集土力學、水力學和結構力學于一體的綜合性學科。目前，關于基坑支護結構的穩定性分析，多采用定值法，即用抗力效應與荷載效應兩者的比值作為穩定系數來評價基坑支護的穩定性。

2 深基坑支護的設計

基坑支護體設計要根據實際施工需求，結合基坑側壁安全等級及重要性系數科學嚴謹的制定設計方案，應做到：（1）充分利用新技術、新理念，具體事物具體分析，不要生搬硬套傳統的設計理念。在現今的深基坑支護結構的設計領域，還沒有公認的、權威的的計算公式，基本上都是摸著石頭過河。深基坑支護結構的設計要區別其他設計領域，要改變傳統觀念，利用施工監測反饋動的態信息指引設計體系。（2）重視支護結構理論和材料的試驗研究，實踐是檢驗真理的唯一標準。正確的理論必須建立在大量試驗研究的基礎之上。在深基坑支護結構的實驗方面，我國與發達國家有較大距離，還有大量的路要走。不過，我國由于經濟的飛速發展，大量高層超高層建筑拔地而起，所以積累了擁有大量的第一手施工數據，但缺少科學的測試數據，無法形成理論，我們以后一定要重視。（3）勇于創新，設計支護結構時，開拓思路，多進行新的嘗試。在施工中深基坑支護結構各元素往往是相互結合的，各結構相互結合，這就要求我們從全局出發，尋求新的設計思路，探索更好的計算方法。

基坑支護是一種特殊的結構方式，具有很多的功能。不同的支護結構適應于不同的水文地質條件，因此，要根據具體問題，具體分析，從而選擇經濟適用的支護結構。

3 深基坑支護的結構計算方法

3.1 靜力平衡法

靜力平衡法亦稱自由端支承法，該法假定圍護結構是剛性的，并可繞支撐點轉動。圍護結構的前側產生被動土壓力，后側產生主動土壓力。靜力平衡法適用于圍護結構的入土深度不太深即底端非嵌固的情況，此時圍護結構由于土壓力的作用而達到極限平衡狀態。利用墻前后土壓力的極限平衡條件來求插入深度、結構內力等。

3.2 等值梁法

單支撐(錨拉)埋深板樁計算，將其視為上端簡支、下端固定支承，變形曲線有一反彎點，一般認為該點彎矩值為零，于是可把擋土結構劃分為兩段假想梁，上部為簡支，下部為一次超靜定結構，其彎矩圖不變，該法稱為等值梁法。實踐表明，等值梁法計算板樁是偏于安全的，實際設計計算常將最大彎矩予以折減，折減經驗系數為0．6-0．8，一般取0．74。等值梁法基于極限平衡狀態理論，假定支擋結構前后受極限狀態的主被動土壓力作用，不能反映支擋結構的變形情況，亦即無法預先估計開挖對周圍建筑物的影響，故一般僅作支護體系內力計算的校核方法之一。

3.3 彈性地基梁的m法

基坑工程彈性地基梁法取單位寬度的擋墻作為豎直放置的彈性地基梁，支撐簡化為與截面面積、彈性模量和計算長度等有關的二力桿彈簧。彈性地基梁法中土對支擋結構的抗力(地基反力)用土彈簧模擬，地基反力的大小與擋墻的變形有關，即地基反力由水平地基反力系數同該深度擋墻變形的乘積確定。即f=mzy，其中，f為土對支擋結構的水平地基反力，kN/m2；為比例系數，kN/m4；為計算深度，m；為計算點處擋墻的水平位移m。彈性地基梁的m法優點是考慮了支護結構與土體的變形協調。工程實踐表明，在軟土中的懸臂樁支護計算采用m法，計算位移與實測位移有很大差異，實測位移是計算值的好幾倍。這說明樁后土體變形已不再屬于彈性范圍。另外，m法無法直接確定支護結構的插入深度，通常假定試算有很大的隨意性，有時樁底落在軟弱土層中，還需經驗來修正。

3.4 彈塑有限元法

有限單元法作為今后基坑支護設計計算的發展方向，它的優點是考慮了土體與結構的變形協調，而且可以得出塑性區的分布，從而判斷支護結構的總體穩定性。但選取合理的本構模型與計算參數，以及塑性區范圍與穩定性之間的定量關系均缺乏經驗。目前，隨著計算機技術及系統科學的發展，為有限單元法的完善提供了更有利的工具。在結構計算方面，建立了能考慮基坑圍護結構和土壓力的空間非線性共同作用理論及其計算方法，并編成程序，方便高效地完成基坑圍護工程的計算。

4 深基坑支護的施工技術

基坑支護施工要注重支護結構的穩定，坑體變形，并根據周邊環境條件，控制變形在一定的范圍內。控制的關鍵是基坑的穩定性、地面變形及地下水的控制，并要根據實際情況適時地調整方案。

4.1 重視變形觀測，并注意及時補救

巖土工程中深基坑支護結構變形觀測的內容包括:基坑邊坡的變形觀測、及周圍建筑物及地下管線變形觀測等。通過對監測數據可以及時分析并及時了解土方開挖及支護設計在實際應用中的情況，分析其存在的偏差便可以及時的了解基坑土體變形狀況以及土方開挖影響的沉降情況還有地下管線的變形情況等。對設計中存在的偏差，在下部施工中及時校正設計參數，對已施工的部位采取恰當的補救和控制措施，為此，要求現場變形觀測的數據必須準確、可靠、及時，要求變形觀測人員嚴格按照預定設計方案精心測量、認真負責，保證觀測質量。如果在實際測量中確實發現異常情況，就需要即時研究采取措施以防止其惡化。而一旦出現大的變形或滑動，立即分析主要原因，做出可靠的加固設計和施工方案，使加固工作快速而有效，防止變形或滑動繼續發展。研究和應用已有的基坑工程行業的和地區性規范以及當地的工程經驗。對于重大復雜的基坑工程目前國內采用專家論證的形式，對保證工程安全、降低造價是有效和現實的一種方法。

4.2 全程控制基坑支護的施工質量

巖土深基坑支護施工重在于過程控制，一旦施工過程控制環節出現問題，事后糾正和補救都會比較困難。因此我們必須進行嚴格的施工過程控制管理，確保施工質量。嚴格按設計方案組織施工。工程施工前，有關人員需要熟悉當地的地質資料、本次施工設計圖紙及施工現場周圍的環境，另外，降水系統應確保正常工作。施工單位在施工過程中不得隨意改變錨桿位置、長度、型號、數量，鋼筋網間距，加強筋范圍，放坡系數等。設計方案變更時必須重新經專家評審。基坑支護施工單位要與挖土施工單位緊密配合，堅持分層分段開挖和分層分段支護的施工原則進行施工。土方開挖的順序和具體開挖的方法必須與設計的工作情況相一致，并遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則，減少開挖過程中土體的擾動范圍，縮短基坑開挖卸荷后無支撐的暴露時間，對稱開挖，均衡開挖，合理利用土體自身在開挖過程中控制位移的能力。巖土深基坑開挖的過程中應采取措施以防止碰撞支護結構、工程樁或撓動基底原狀土。

5 結束語

總之，應根據特定的工程要求和條件進行綜合考慮，做出安全、可靠、經濟的包括圍護結構、支護體系、土方開挖、降水、地基加固、監測和環保的整體施工方案。

參考文獻

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