市政工程地下空间开发深基坑支护结构设计要点探析

市政工程地下空间开发深基坑支护结构设计要点探析

随着城市建设的不断发展，深基坑工程也应运而生，基坑支护结构设计逐渐成为岩土工程新一轮的研究热点。市政工程地下空间开发基坑开挖主要集中在房屋和生命线工程相对密集的区域，在进行基坑开挖时，一般是不存在放坡施工的条件的，所以，进行基坑工程的开挖势必需要进行一定的支护措施加强，只有这样才能使得深基坑工程更好的进行施工。本文主要对地下工程深基坑支护结构设计要点进行了分析探讨。

标签： 地下工程;深基坑;支护设计;改进措施

引言：

基坑支护设计随着基坑工程向大面积、大深度的方向发展而变得越来越困难。支护参数的选取关系到支护结构的安全度，复杂多变的地质条件影响土体取样和最终支护结构设计可靠性，理论计算方法的适用性受基坑平面形式影响。因此，需要在工程设计人员充分发挥主观能动性，做到参数选取合理、结构设计依据充分，及时动态的调整局部设计。

一、深基坑支护设计要点

1、周边环境条件

1.1基坑周边建（构）筑物。

建（构）筑物名称、用途、层数、结构型式、基础形式和尺寸、基础埋深、建设及竣工时间、结构完好情况及使用状况，使用年限、与基坑边缘的直线距离等。

1.2基坑周边管线。

地下管线（既有供水、污水、雨水、电缆、煤气、热力、通信、消防等）的重要性、特征、埋置深度、走向、使用状况和渗漏状况、地下构筑物的类型、位置、尺寸、埋深等。

1.3基坑周边水系。

距地表水体（河流、池塘、湖泊、渠道边缘）的直线距离，河、湖、塘、渠水的沽水期、平水期、丰水期及历史最高水位，河、湖、塘、渠水与基坑地下水的水力联系等。

1.4基坑周边道路的分布及与基坑的位置关系。道路的类型、位置、道路结构特征、宽度、道路行驶情况、最大车辆荷载等。

1.5基坑周边地下人防设施或轨道交通设施的埋深、走向、截面尺寸、衬砌材料、使用情况等。

1.6基坑开挖与支护结构使用期内施工材料、施工设备等临时荷载的要求。

2、基坑支护选型

深基坑支护体系的选型很关键，它在很大程度上决定了工程的造价和工期。支护结构选型应综合考虑下列因素：（1）基坑深度;（2）土的性质及地下水条件;（3）基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构失效的后果;（4）主体地下结构和基础形式及其施工方法、基坑平面尺寸及形状;（5）支护结构施工工艺的可行性;（6）施工场地条件及施工季节;（7）经济指标、环保性能和施工工期。

深基坑主要的支护形式有：排桩结构，土钉墙结构，重力式水泥土墙结构，地下连续墙，放坡支护，以及以上不同支护形式的组合形式。排桩结构分单排桩和双排桩;土钉墙结构可以是土钉、锚杆、锚索等;水泥土墙结构可以根据需要设计成连续式和格栅状水泥土墙;地下连续墙相对来说造价比较高，适合于基坑开挖深度比较深、对变形要求比较高的场合，为降低造价，设计已考虑以三墙合一（即支护、止水和地下室外墙）的形式来推广地下连续墙;放坡支护适用于开挖深度比较浅，基坑周边环境对变形要求不高的场地;以上仅是单一的支护形式，实际工程中，以上不同支护形式的组合形式更受设计的追捧，特别是桩锚支护形式在实际工程应用中用得比较多。

3、地质、水文条件

场地地质、水文条件对基坑支护设计起关键性作用。场地地质、水文条件好，基坑支护设计相对来说简单、经济，在基坑深度不深及周边环境不复杂的情况下采用放坡或土钉墙支护就可以解决问题，但如果场地地质、水文条件较差，同样的基坑深度和周边环境条件下，基坑支护可能要采用桩锚支护、支护桩加内撑的支护形式，甚至是地下连续墙的支护形式，其施工周期、施工要求和造价等各方面都会增加。在基坑支护计算中，土的抗剪强度指标（粘聚力和内摩擦角）取值对支护剖面计算有重大影响，不同情况下有不同的取值方法。另外，考虑地下水影响时，通常的做法是设止水帷幕，止水帷幕一般采用搅拌桩、旋喷桩或前面提到的三墙合一的地下连续墙。止水帷幕施工的好坏也直接影响到基坑及周边环境的安全。如果止水帷幕出现渗水、漏水甚至达不到止水效果时，基坑降水过程中可能会引起周边建（构）筑物、道路和地下管线的不均匀沉降，影响周边环境的使用或安全。

另外，基坑施工也很关键。如果没有合理、严格的施工，再好的设计也是一纸空文。上海莲花河畔景苑倒楼事故就是一个很好的例子，倒楼的主要原因是因为基坑施工单位盲目施工，基坑开挖及弃土时未考虑土压力差的影响，较大的土压力差使土体产生水平位移，过大的水平力超过了桩基的抗侧能力，导致房屋倾倒。杭州地铁湘湖站基坑坍塌事故也是一个典型，基坑支护是采用地下连续墙加

4道钢管内撑的支护形式，场地地质条件比较差，基坑开挖深度范围内主要为软土层;此次事故的发生，设计单位、施工单位、监理单位、监测单位都有推卸不掉的责任;而施工单位不按设计施工，坑底不进行加固处理，土方开挖时不及时加撑，严重超挖，这些很大程度上导致了该基坑坍塌。

二、基坑支护设计发展改进措施

1、支护设计理念的转变

随着基坑支护技术的经验积累，对于支护结构的受力变化规律有了一定的认识和经验总结，为新的设计理论和方法的提出建立了良好的基础，目前国内外仍然在使用郎肯土压力、库伦土压力理论来计算土压力，精确地计算方法仍需要摸索和探讨，我国的支护结构规范统一的难度较大。对于未来的发展方向，需要工程设计研发人员改变原有的设计观念，建立以施工现场监测为动态指导的施工反馈设计的体系，来适应传统的计算方法对基坑设计造成的不利影响。

2、工程计算方法考虑结构变形控制

极限平衡理论作为经典的设计方法，其重要性不言而喻。对于更复杂的深基坑的设计计算，还需要进行进一步的研究探讨。极限平衡理论用于深基坑的支护结构设计，它能够满足结构的强度需求，但是在结构的变形控制方面无法满足，而深基坑工程事故中一部分是由于支护结构的变形过大，而无法控制造成的。对于一个支护结构设计的方案，其强度和变形都是需要考虑的对象。鉴于工程实际，在建立新的变形控制设计法时，还应着重研究支护结构变形控制的标准、空间效应转化为平面应变和地面超载的确定及其对支护结构的影响等等。

3、开展试验研究支护结构

理论的成功需要试验来验证，对于基坑的支护结构试验研究需要系统的研究体系来支撑。在实际的支护施工过程中，技术资料是一笔宝贵的资料，需要有科学的数据和科学的分析判断来支撑，为理论的建立提供科学依据，为此，需要进行的试验研究需要资金来支持，包括实验室的内部模拟试验和现场的工程试验，在进行支护结构设计之前进行科学的工程现场试验，对于投资造价的控制会有明显的效果。同类的工程可以通过工程实践积累大量的数据信息，为相似的工程设计提供帮助，也为理论研究和新的计算方法的建立提供一手资料。

4、支护结构计算新方法的探索

诸多新型的支护结构的产生和应用，加快了基坑支护技术的发展。钢板桩、地下连续墙、钢混板桩、钻孔灌注桩墙等支护结构相继应用，后续的双排桩、预应力混凝土多孔板、旋喷土锚技术的应用丰富了支护结构形式。目前需要解决这些结构模型的建立、计算简图选取的问题。基坑工程正在综合的发展，永久支护与临时支护相结合、开挖方式与支护结构相结合等，使得支护结构受力更为复杂难以计算，需要建立新型的支护结构计算模型和计算方法，选择合理的结构模型

和计算方法。

三、结束语

因基坑支护设计是地下工程，存在较多不可预见性因素，故要求基坑支护设计要做到动态设计，信息化施工，做好基坑监测，基坑监测数据应及时整理和反馈，发现问题及时处理。由于各工程场地的地质、水文、周边环境条件千差万别，故每个深基坑工程的设计，必须因地制宜，切不可生搬硬套。

参考文献：

[1]JGJ120-2012.建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]GB50330-2002.建筑边坡工程技术规范[S].北京：中国建筑资讯网，2002.

[3]GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.