關于基坑設計的幾點思考

劉科成

摘要：基坑支護是建筑的基礎工程，在很大程度上與工程的整體質量息息相關，嚴格把控好基坑支護設計對工程的順利建設有著極其深遠的意義。本文針對基坑設計概述，基坑支護結構設計，基坑設計的細節處理以及未來研究的方向進行了分析。

關鍵詞：基坑設計；基坑支護

引言

在深基坑工程的不斷發展過程中，不僅其深度在不斷地增加，橫向發展也在不斷的擴大。這種情況下極大的考驗了支護系統的性能，為大面積深坑提供最為有效和穩定的支護已經成為現在研究的一個主流課題。因此，在深基坑工程施工前必須做好詳細的土質檢測，并根據土壤的特性設計相應的施工方案。

一、基坑設計概述

支護基坑工程的設計計算理論已經日臻完善，國家規范、行業規范和地方標準也相應出臺，這為保證支護基坑的設計和設計質量創造了良好的前提條件。但支護基坑工程往往被視為臨時工程，設計和設計所取的安全系數較低，工程地質和水文地質條件又復雜，再加上設計監管的力度較弱，因此工程坍塌事故較多。目前很多地方5m及以上深度的支護基坑都要經過專家論證，但基坑坍塌事故仍有發生，嚴重地危害了廣大人民群眾的生命和財產安全。只要支護基坑工程的設計質量與安全的管理和監控到位，基坑坍塌事故是完全可以避免的。工程實踐表明，支護基坑工程的設計與設計緊密相關。有些工程雖然設計安全度比較大，但由于設計不當而導致險情甚至事故出現；相反，有些工程雖然設計安全度比較小，但由于設計管理先進，設計措施合理，工程能夠順利進行。支護基坑的安全性及經濟性在很大程度上取決與設計，一個合理的支護設計應對支護基坑的設計要素有充分考慮，并對設計提出明確的要求。

二、基坑支護結構設計

1、基坑支護結構選型

深基坑支護的目的與要求是確保坑壁穩定，施工安全；確保鄰近建筑物、構筑物和管線安全；有利于挖土及地下室的建造：支護結構施工方便、經濟合理。支護體系的選用原則是安全、經濟、方便施工，選用支護體系要因地制宜。一個優秀的支護體系設計，要做到因地制宜，根據基坑工程周圍建（構）筑物對支護體系變位的適應能力，選用合理的支護型式，進行支護結構體系設計。優秀的設計，應能較好地把握支護結構安全變位量，使支護體系安全，周圍建筑物不受影響，費用又小。

2、基坑支護優化的內容

目前基坑支護優化按其階段不同，可分為三級，第一級是進行基坑支護類型的選擇；第二級是設計優化；第三級是施工過程的實時優化。基坑的優選，主要是采用定性的評價，根據基坑的周邊環境條件、地層條件，地下水埋藏條件各種支護類型的特點及適用條件，綜合進行支護類型的優選，也有少量用模糊數學的方法進行支護類型的優選。第二級是支護結構的設計優化也稱細部優化，是在支護類型方案確定之后，對具體類型方案的細部進行優化計算，如錨桿或支撐點的位置和層數、支護樁的樁徑、樁距、插入深度等優化。優化目標是使支護系統總體造價為最小，工期最短，環境影響最小。這種優化最簡單的方法是規范規定的彈性抗力法即m法，它通過支護系統位移，最大彎矩，剪力等計算，優選出合適的設計計算方法。此外，還有通過數學模型進行優化設計，其過程是選取設計變量，列出目標函數給定約束條件后便可構造出最優化設計的數學模型，該模型通過各種算法，進行求解；第三級是面向施工過程的信息法施工，是方案設計及實施的過程中根據檢測的信息實施的優化。

3、地質、水文條件

場地的地質情況和水文條件對基坑支護的設計而言是關鍵性的因素。基坑支護設計在場地地質和水文條件好的情況下較為簡單、經濟。在基坑深度較淺且周邊環境不復雜的情況下，一般采用放坡或用土釘墻支護的形式即可；但在相同的基坑深度和周邊環境條件下，若場地的地質和水文條件較差，基坑設計可能要采用樁錨支護、加內撐的支護樁支護，或者是地下連續墻支護等。而且，在基坑支護計算中，土的抗剪強度指標中粘聚力和內摩擦角也很重要，其決定著支護剖面的計算，并且它們在不同地質條件下的取值也有不同。另外，為防止地下水的影響，通常做法是設止水帷幕，常用的止水帷幕為攪拌樁、旋噴樁或三墻合一的地下連續墻。

4、土壓力方面的研究

土壓力是基坑側壁作用在支護結構上的主要荷載，土壓力的大小受土體位移等因素的影響，且在基坑開挖過程中，作用在支護結構上的土壓力是不斷變化的，確定巖土體條件和不同工況下土壓力的大小對確定支護結構的類型和結構尺寸的大小至關重要。近年來關于基坑開挖與支護方面的規范相繼出臺，這對指導工程設計與施工作用甚大，通過不斷的工程實踐和理論研究分析，人們不斷的加深了對土壓力的理解認識。

三、基坑設計的細節處理

基坑設計中往往有些細節如果處理到位可以使得基坑位移變形的控制達到事半功倍的效果。比如采用SMW工法樁支護時，往往會碰到因為自身水泥強度不足導致坑底換撐處的水泥被壓碎而引起位移增大的情況，因此設計時可以要求基坑施工時，鑿除SMW工法樁基坑內側的水泥，換撐直接頂在型鋼樁側，可以防止工法樁自身水泥被壓碎而導致位移增大，這樣一個簡單的細節處理可以很好地控制基坑變形。筆者還遇到過一個項目，基坑同一平面上采用了混凝土支撐和錨桿支護2種支護方式，由于支撐和錨桿剛度差較大，支撐和錨桿分界處的冠梁往往會出現較大的位移差，導致冠梁拉裂的情況，因此設計時可將錨桿的支護范圍延至支撐內，使得支撐到錨桿有個平穩的過渡轉換，不至于造成冠梁拉裂。還比如當碰到軟土基坑時，坑底位移往往較大，設計時可以要求施工到底板時，將底板延至樁側，因為底板的水平剛度很大，可以減小樁的懸臂長度，有效地控制位移，尤其是對懸臂樁而言，可以很大程度上減小圍護樁的位移。上述一些細節的經驗處理需要在實際工程中不斷地思考總結，往往會在基坑變形控制方面發揮意想不到的效果。

四、未來研究的方向

隨著我國經濟的發展，城市中高層建筑越來越密集，建筑物周邊地下設施變得錯綜復雜，影響深基坑支護的因素變得不確定和復雜多樣。由于在支護方案的優選和支護構件的優化方面研究的并不深入系統。目前關于基坑開挖與支護方面的研究還存在以下幾個方面的問題。

（1）我們在進行土壓力計算時，無論采用庫倫土壓力理論還是朗肯土壓力理論都是在一定的理想假設條件下，對于這種理論的探索有待于我們進一步深化研究。

（2）基坑在受到大雨沖刷和浸泡下，土體的物理性能發生變化，這樣會與原來力學性能有較大的差別，到底影響的程度如何，會產生一個什么樣的結果缺少一個準確的可靠性的理論分析和應對措施。

（3）在計算中忽視了深基坑內外通常存在較大水位差的實際情況，忽視了滲流效應對土壓力的影響。

（4）支護墻后土與支護樁墻壁之間必定存在一定的摩擦力，而在現行計算中卻沒有考慮。同時在計算中還沒有考慮基坑的空間效應，計算結果誤差較大。

結束語

綜上所述，我們在不斷學習、探索基坑設計理論的同時，也要重視經驗的積累，對設計過的項目進行總結分析，最后還要關注基坑設計的最新發展動態，要用發展的眼光看待基坑設計，這樣才能做到規范所要求的安全適用、保護環境、技術先進、經濟合理、確保質量。

參考文獻

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