巖土工程中復雜場地深基坑支護工程設計與施工研究

王 連

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質勘查局三總隊，貴州 遵義 563000）

在每一個有基坑存在的項目，深基坑支護技術在項目的基礎建設中發(fā)揮著重要作用，復雜場地深基坑支護工程的質量決定了所有支護工程的安全性，并在后續(xù)的項目建設中發(fā)揮著重要作用。

1 建筑施工中深基坑支護的意義

基坑支護是為保證地下結構施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對基坑側壁及周邊環(huán)境采用的支擋、加固與保護措施。在整個建筑過程中，深基坑挖掘方案是整個項目的基礎，其特點是，基坑支護工程又是巖土工程、結構工程以及施工技術互相交叉的學科，是多種復雜因素交互影響的系統(tǒng)工程[1]。質量直接決定建筑物的安全、穩(wěn)定性和使用壽命。在很多城市地區(qū)挖掘深基坑，對基本的工程強度和輔助技術以及深基坑的設計理論和現(xiàn)場施工技術提出了巨大的挑戰(zhàn)和嚴格的要求。深基坑支護結構不僅必須符合抗傾覆、抗剪切要求，而且必須符合地下結構的建筑和基礎要求，這是深基坑周圍環(huán)境正常運作的先決條件，從而確保正常運轉和建筑安全[2]。建筑工程施工時應防止挖掘深基坑影響地下地下室和地下管網(wǎng)的正常使用，必須首先對工程的表面進行徹底和詳細的檢查和研究，了解挖掘深基坑施工過程中的施工難點[3]。設計深基坑支護結構系統(tǒng)需要確保在不危及人身安全和功能的情況下在周邊建造WEI 系統(tǒng)，并考慮到這一系統(tǒng)的運行和監(jiān)測。

2 深基坑支護結構的種類

深基坑支護結構的多樣性，以及根據(jù)地質環(huán)境和施工地形自由選擇結構組合的可能性，在很大程度上確保了深基坑支護結構的安全和穩(wěn)定。在軟土、高地下水位及其他復雜場地條件下開挖基坑，很容易產(chǎn)生土體滑移、基坑失穩(wěn)、樁體變位、坑底隆起、支擋結構嚴重漏水、流土以致破損等病害。

圖1 深基坑支護結構計算

常見的基坑支護形式主要有：排樁支護、樁撐、樁錨、排樁懸臂、地連墻+支撐、土釘墻（噴錨支護）、逆作拱墻、鋼筋混凝土排樁。地連墻和土釘墻的結構主要是土錨；混凝土墻的結構通常沒有得到加固，主要是因為其耐變形能力和重量，以確保坑壁的安全。在一些例外情況下，可以使用某種方法支持需要加強的地方位置，由單獨的支柱組成的支撐結構適用于基本側壁坑中的非軟性土位置，其中的懸臂結構如果不太深的話，它在基坑中時一般不超過60m，同時通過計算來構建深基坑支護結構，如圖1 所示。在深基坑深的地方，可以與支架、錨等相結合，內部支持結構包括一個外部支持結構系統(tǒng)和一個內部支持系統(tǒng)，支護結構系統(tǒng)通常采取鋼筋混凝土塊的形式。鋼筋混凝土塊和連續(xù)的地下墻：內部支架系統(tǒng)可以是橫向和斜向的，錨的主要功能是確保土層或結構的堅固性。

3 深基坑支護結構的設計流程

深基坑的設計主要包括選擇支護系統(tǒng)方案，計算支護結構的剪力、軸力與彎矩，計算墻的耐滲透性，分析深基坑的穩(wěn)定性，降水方案，以及對深基坑支護方案進行整體性研究。挖掘方案和環(huán)境支護和監(jiān)測方案：研究和收集有關建筑物的一般布局、挖掘的范圍和深度、工程研究、建筑單位的需求、有關標準和技術規(guī)范的要求，根據(jù)深基坑坑項目的設計和基礎、施工經(jīng)驗、主要結構的配置要求，在這些分析的基礎上設計了深基坑的安全等級，選定巖土力學參數(shù)，來設計初步方案，初步設計完成后，完成協(xié)助挖掘、坑內降水、排水系統(tǒng)的方案，而支護方案的最后步驟是，如果強度控制和變形控制得到滿足，則設計施工圖。

4 復雜場地深基坑支護工程設計及施工研究

4.1 深基坑支護工程的土壓力計算分析

準確計算支撐體系所需的抗滑力，是設計深基坑支護工程的關鍵，由于支護體系所承擔的負荷主要是巖土壓力，因此計算基本深基坑項目土壓力的準確性與整個深基坑項目和支護工程的安全性有關。

根據(jù)基坑支護結構位移方向，土壓力分為以下3 種類型：

其一是靜止土壓力，靜止土壓力是指，支擋體系例如擋土墻等支擋結構的剛度較大，在土壓力作用力的作用下不會產(chǎn)生位移以及形變，支擋體系后的土體一直保持一種靜止的狀態(tài)，這種狀態(tài)下土體對自當體系產(chǎn)生的作用力，我們稱之為靜止土壓力。

圖2 靜止土壓力結構圖

第二，第二種土壓力為制動土壓力，主動土壓力是指在施工過程中中，擋土墻支擋體系在土體壓力的作用下，向前發(fā)生位移，當擋土墻發(fā)生位移時，擋土墻后方的土體的應力已經(jīng)超過了極限平衡狀態(tài)，這種作用在擋土墻的土壓力我們稱之為主動土壓力。

圖3 主動土壓力結構圖

第三，第三種土壓力為被動土壓力，與上述兩種土壓力不同。被動土壓力是在擋土墻受到除土壓力以外的其他作用力作用時，擋土墻支擋體系朝著土體放生發(fā)生一定的位移，這部分位移會導致土體與擋土墻產(chǎn)生相互的作用力，這時產(chǎn)生的作用力我們稱之為被動土壓力，被動土壓力的力學示意圖如圖4 所示。

圖4 被動土壓力結構圖

本文對土壓力的計算主要采用（郎肯）Rankine 壓力理論進行計算，在Rankine 土壓力計算中設定地表面是水平的，擋土墻光滑并且豎直，根據(jù)土體極限平衡條件計算得出土壓力的值,計算公式如以下所示：式中，EP為被動土壓力值；y 為土體的重度值；H 為土體圍墻的高度值；KP為被動土壓力系數(shù)。

在巖土工程的施工過程中，基坑支護工程其中一項重要的施工環(huán)節(jié)，其施工過程中的綜合性以及專業(yè)性都是很強的，并且在基坑支護工程的設計環(huán)節(jié)，對于基坑施工過程中的土壓力計算也要進行充分的考慮，這樣在能最大程度的使工程設計更加精準。這一結構的內力負荷的計算不僅考慮到土壓力的計算，而且還考慮到整個深基坑施工中的負荷計算，以確保計算結果的準確[2]。

4.2 深基坑支護結構設計及施工研究

加固墻壁和支護結構得到了更廣泛的利用，可用于更深層的復雜工況。在施工過程中，堅持分層分段開挖，分層分段進行支護的原則進行施工。嚴格按照設計圖要求的順序和方法進行施工，遵循“開挖支撐、先撐后挖、分層分段開挖、嚴禁超挖”的原則，減少開挖時對原生土體的破壞及擾動，縮短基坑開挖后無支撐的暴露時間。

5 結語

綜上所示，在建筑工程的施工過程中，基坑支護工程作為其中一項重要的施工環(huán)節(jié)，其工程施工的質量直接關系到后續(xù)的施工能夠順利有效的開展，所以在進行建筑工程基坑支護的施工過程中，施工人員一定要切身的投入到施工現(xiàn)場，對施工現(xiàn)場情況有一個熟悉的了解，在結合施工現(xiàn)場的實際情況對基坑支護施工過程中的各種因素加以分析并科學的進行計算，保證施工安全性以及最終的施工質量滿足要求。