市政工程常用基坑支護結構類型及設計分析

魏利斌

摘 要：近年來，因城市道路、地鐵隧道、綜合管廊等工程的迅猛發展，基坑工程的規模與難度越來越大。特別是在城市的復雜環境中，基坑周邊復雜的相鄰建筑物以及地下管網等極大的增加了基坑支護的難度。在市政工程建設過程中，如何合理選擇支護結構，并依據基坑工程特點進行科學的設計成為當前基坑工程亟待解決的重要問題。

關鍵詞：市政工程；基坑支護；結構類型

1市政工程常用基坑支護結構的類型

1.1放坡開挖

由于放坡開挖只對土質的要求高，在技術方面的要求低，所以采用放坡開挖施工成本相對較低。此外，對于放坡挖掘施工場地也有一定的要求，如果放坡的場地過小，不能滿足放坡所需要的面積，則不利于放坡施工的正常開展。放坡的坡度是根據土質的狀況、放坡周圍土體的荷載能力和施工技術、施工設備決定的，同時，放坡的坡度要滿足設計要求，確保基坑邊坡的穩定性。

1.2土釘墻支護結構的特點

土釘墻是由天然土體通過土釘加固并與噴射混凝土面板相結合，形成一個類似于重力式的擋墻以此來抵抗墻后的土壓力，從而保持基坑邊坡的穩定，這個擋墻就被稱為土釘墻支護結構。土釘墻支護施工成本小、所需施工場地小。在利用土釘墻支護結構對邊坡進行支護前，要對施工區域周圍土體和環境進行勘測，對勘測到的數據進行分析，以滿足工程的施工需求。

1.3排樁支護結構的特點

排樁支護結構是以某種樁型按隊列布置組成的基坑支護結構，多用于深基坑施工場地。通常由支護樁、支撐及防滲帷幕等組成。排樁可根據施工情況分為懸臂式支護結構、拉錨式支護結構、內撐式支護結構。

懸臂式支護結構更適用于基坑深度不大或是坑底地質條件較好的情況，否則，過大的設計內力會導致樁頂位移不好控制或者配筋過大，從而增加基坑支護的風險且不經濟。拉錨式結構適用于基坑周邊無其他建、構筑物基礎的情況，否則錨桿可能會影響相鄰建、構筑物而無法實施。內撐式支護結構適用于地質條件較差或支護內力較大的情況，但其缺點是對現場施工組織有較大影響。

2深基坑支護結構設計計算的基本理論與方法

基坑支護結構設計計算包括外力分析、內力計算、基坑整體穩定性和局部穩定性、地基承載力、支護結構及鄰近建構筑物的變形等。近年來，隨著巖土力學理論的發展，研究者們提出了多種計算理淪和方法，歸納起來，其基本方法大致包括極限平衡法、彈性抗力法、數值計算法三類。

極限平衡法是在經典土壓力理論的基礎上形成的，極限平衡理論認為當巖土體中某一破壞面上的各點達到極限平衡時巖土體發生破壞，此時在支護結構上產生的外力則運用于支護結構的設計計算。其理論本身有較多的假設，因此，理論計算和實際監測結果有一定的出入。然而，多年來的工程實踐證明，在沒有找到更為完善的土壓力理論之前，按經典的庫侖土壓力理論或朗肯土壓力理論進行工程計算是簡潔并且符合工程安全需求的。

彈性抗力法是基于變形的計算方法，其基本假設是認為被支護的巖土體處于彈性抗力階段，從而由于變形而導致的土體對支護結構產生的力就可以通過彈性抗力系數來進行計算。一般適用于錨拉式結構或受力對稱的內支撐式平面結構。

數值分析法隨著計算機技術的發展而得以更廣泛的應用，其優點是可以更加全面的考慮支護結構與土體之間的相互作用，可以從整體上分析支護結構及周圍土體的應力和位移，可以考慮時間等動態因素，完成人力無法完成的大量復雜計算。然而準確的選取巖土體參數甚至本構模型是數值分析的關鍵，如果沒有這方面的準確把握，數值分析也僅僅是數字游戲而已。

3深基坑支護結構方案概念設計

由于深基坑支護結構周邊環境及巖土體的復雜性，以及計算輸入的不確定性，甚至包括計算理論的不完備，基坑支護結構更應該著重于概念設計，確保能夠滿足工程建設的需要。

3.1充分重視基坑工程中水的作用

水對基坑邊坡的穩定性影響極大，關鍵在于水對邊坡的物理作用、化學作用以及力學作用，這些作用從邊坡巖土體的材料性質，結構面強度等方面顯著的提高邊坡的下滑力或是降低阻滑力，通常情況下是兩者兼有，從而降低基坑邊坡穩定性。因此，基坑工程支護設計應首先做好防排水措施，確保不會發生極端情況，從而保證支護結構計算模型的正確性。

3.2合理考慮施工方案對設計的影響

深基坑工程施工方案主要有順作法、逆作法、順逆結合法，不同的施工組織對支護結構的影響是不同的，因為深基坑支護必須保證在每一個工況下結構是安全可靠的，不同的工況下的支護結構完成情況以及外力是不同的。因此，方案設計時應考慮逆作法的可能性，竟可能的減小施工過程中支護結構的失效的風險。

3.3做好對基坑工程建設過程的預判

如前所述，深基坑支護是一個非常復雜的工程。由于工程實際情況的變化而導致變更設計在所難免，因此在設計之初應盡量去分析可能出現的問題，從而給后續變更留有余地。

4深基坑支護結構設計注意事項

4.1考慮深基坑支護結構設計的動態性

基坑工程施工過程中很可能會出現設計沒有考慮到的情況，可能會影響到施工的正常進行，按照原先設計的方案已經不能繼續施工，這是就需要針對設計方案進行修改。

根據實際情況調整方案，這就是所謂的動態設計方法，主要是為了適應深基坑支護結構施工中遇到的不定因素，全面監測深基坑支護結構工程，為深基坑支護結構工作的正常進行提供保障。

4.2支護結構選擇中需要注意的問題

目前在市場上有許多類型的支護結構，形式比較多，在深基坑支護結構設計中，選擇合適的支護結構也屬于比較重要的環節，安全是選擇支護結構的最主要考慮的因素，在進行支護結構的選擇工作中，首先需要考慮施工現場的實際情況，保證支護結構在使用過程中不會出現過大的變形。另外，在支護結構的選擇中，成本預算同樣比較關鍵，要在經濟預算范圍之內選擇安全性比較高的支護結構，因為支護結構只是在深基坑的施工過程中具有作用，在深基坑工程完成之后就沒有利用價值，所以需要考慮成本控制問題。最后要保證選擇的深基坑支護結構能夠為施工提供方便，保障施工的效率。

4.3在設計中利用新的技術理念

在進行深基坑的支護結構設計中，要按照實際情況進行設計，利用目前比較先進的技術和先進的理念設計，要具體情況具體分析。目前在進行深基坑支護結構的設計中，都還處于探索階段，沒有固定的計算方式，所以在進行設計的過程中，要與時俱進，學會利用新的技術和理念進行設計。

4.4需不斷研究深基坑支護結構技術

由于深基坑支護結構設計還處于不完善的階段，所以需要不斷進行深基坑技術的研究與應用。工程實踐在深基坑支護結構設計中發揮著重要的作用，所以應從以往的深基坑支護結構設計和施工中不斷總結相應的經驗。目前我國建筑行業也處于不斷發展的階段，地下空間開發強度越來越大展，有利于積累深基坑支護技術原始資料和數據，但是這種數據中很多部分沒有進行科學的測試，所以不能形成理論性的資料數據，僅供在進行設計的過程中參考，所以深基坑支護技術還需要不斷發展。

5結語

當前的城市建設發展已經朝著高空或地下發展，鑒于對城市環境的保護，城市建設更側重于地下空間的開發，基坑巖土工程的數量與難度會越來越大，這對我們設計工作提出了巨大挑戰，基坑支護設計應該在充分分析建筑場地周邊環境的基礎上進行，積極推廣新技術在實際工程中的運用，采用動態法設計，逐步建立更為全面的基坑支護設計模式，從而提高基坑支護設計能力，為城市地下空間開發保駕護航。

參考文獻：

[1]黃定江.市政工程常用基坑支護結構的類型及設計原則[J].城市道橋與防洪，2014（03）：177-179+14.

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