地下工程深基坑支护结构设计要点分析

【摘要】随着人们日益增长的物质文化需求，简单的建筑工程结构设计已经越来越不能满足人们的需求，因此为适应发展需求建筑工程发展逐渐转向地下，与此同时，地下工程深基坑支护结构设计也面临着诸多问题，为此本文结合实际工程实例，对市政地下工程深基坑支护结构的设计中存在的相关问题进行分析。

【关键词】地下工程；基坑支护；设计；标准

前言

建筑工程的发展在一个地区领域当中，矗立在这里的建筑就是这里发展形态的一个标志性符号，它的存在无疑是在以自己独有的方式展示着这里最值得骄傲的一面。科学技术的发展，不仅让城市高楼林立，也使得建筑的地下工程呈现出快速发展的势头，以做到有限的城市空间得到充分地利用。可是，在建筑地下工程的时候，就需要面对深基坑工程。所谓的“基坑”，就是指工程施工的时候，需要开挖的地坑，主要包括有高层、多层的房屋建筑物的地下室工程，地下市政管网、地铁等市政工程以及地下车库等建筑物工程。为了使这些建筑结构不会受到周围环境的影响而遭到损毁，就需要采取支护结构。而对于地下工程深基坑的支护结构设计，则要结合实际的工程的需要。

一、基坑侧壁安全等级及重要性系数

在进行地下工程的建设中，由于对安全防范的忽视，导致坍塌的事故发生率较高。究其原因，主要是在进行基坑基槽和人工挖孔桩等基础施工的时候，操作不当所引起的。而最重要的是，在基坑施工之前，就应该对基坑侧壁安全等级进行科学地评估，并根据实际情况选择适合于基坑特点的支护方法。对于基坑侧壁安全等级的确定，需要以相关的规范为基础，并根据经验以及实际情况来进行。

一般而言，基坑侧壁安全等级的确定，主要是依据建筑基坑工程技术规范规定，其破坏程度可能产生后果的严重程度，即对周边环境和地下结构的影响，是否会危及人的生命安全，以及由于基坑破坏而造成的经济损失，对社会产生的影响等，可以将基坑侧壁安全等级分为三个等级。

一级，在支护结构遭到破坏之后，土体失去了固有的稳定性，呈现出了很大的变形，并严重地影响到了其周边的环境以及地下结构的正常施工。系数为1.10。二级，在支护结构遭到破坏之后，土体失去了固有的稳定性，呈现出了很大的变形，对于其周边的环境以及地下结构的正常施工影响一般。系数为1.00。三级，在支护结构遭到破坏之后，土体失去了固有的稳定性，呈现出了很大的变形，对于其周边的环境以及地下结构的正常施工影响较为轻微。系数为0.90。

对于基坑侧壁安全等级的确定，还需要考虑到其工程所在地水文地质条件，以及工程本身所具备的特殊性质等等因素。在划分等级的时候，从基坑开挖深度和规模的角度可以划分为复杂、中等和简单三种等级。从工程深基坑所在地的地质环境特点以及地下水文条件作为参考项，根据基坑深度以及其破坏后果来划分基坑安全等级，可以分为三个等级。

一级，工程所在地的地质条件非常复杂，地下水位很高。基坑深度超过了12m。在这样很复杂的自然环境中施工，会造成很严重的破坏后果。

二级，工程所在地的地质条件较为复杂，地下水位较高。基坑深度超过6m，但是低于12m。在这样较为复杂的自然环境中施工，会造成较为严重的破坏后果。

三级，工程所在地的地质条件较为简单，地下水位比较低。基坑深度低于6m。在这样较为简单的自然环境中施工，一般不会造成破坏后果。由此可知，影响基坑安全等级的主要因素除了包括基坑开挖的深度以外，工程基坑所在地的周边环境条件以及水文地质条件也对其至关重要。根据这些因素来确定基坑侧壁的安全等级，可以对基坑的支护方法加以初步的选定。保证工程基础的安全施工，基槽的安全性是不容忽视的。

二、基坑外侧竖向应力标准值

在基坑的工程设计和施工中，由于对周围环境条件的要求比较高，在基坑开挖之前或者在支护之后，首先都要在设计上考虑到变形设计，以保证施工的进程中不会对其周边建筑物和地下管线等造成破坏。但是，由于土体变形时很难于控制，所以，就要注意测算基坑外侧竖向应力的标准值。

因为钢管混凝土桩在强度和刚度上都较其他的材料高，而且适合于基坑的支护结构，所以，使用这种材料可以提高支护体系刚度，从而其对于基坑开挖以及各种因素而导致的土体变形具有很好控制作用。在实际操作的过程中，为了减少由于基坑开挖而引起的基坑变形，可以在基坑开挖之前，就先将预应力施加于锚梁、钢管抗滑树根桩、水泥石粉桩、木桩所构成的体系之上。这样做，对于避免地表沉降也有一定的作用，并起到保护周边建筑物和地下管线等目的。

当基坑施工完毕之后，无论是地表还是状体都会有所变化。根据专家的测算，一般状体的顶部会出现20mm 的最大位移，而其最大的变形度为40mm。地表出现沉降的现象，其最大的限度往往都不会超过25mm。假设基坑外侧竖向坑壁会产生滑动的现象，那么，要保证坑壁的稳定，土体滑动力、土体阻滑力、护壁结构抗滑力是需要考虑的基本因素。

设定滑体容重是20kN/m3，土体滑动角为30 度，存在着10度的内摩擦角，那么，深基坑预应力的标准值就可以被测算出来，其极限嵌固深度的安全系数大于1.1，而锚索复合支护结构整体抗滑的安全系数大于1.30。

基坑支护工程安全等级划分表

注：H 是基坑开挖深度～

三、水平荷载标准值和水平抗力标准值

对于挡土墙内侧所产生的被动土压力，采用弹性抗力的方法比较有效。其可以控制挡土墙位移，但是因为挡墙内侧并没有摆脱弹性抗力阶段，所以不可能完全达到被动的状态。那么，承受水平荷载桩的水平抗力概念被引用了。

施加在墙体上的水平荷载主要是指外侧主动土压力。在计算的过程中，基床系数的选取对于其计算结果是否符合于实际非常重要。随着深度比例的增长，基床系数也会发生变化，在基坑支护设计的计算中，如果所采用的是土抗力法，那么土体处于前后的基坑支护结构就可以被看作是由水平向的弹簧组成的计算模型，在计算挡土结构墙体的弯矩、剪力和变形值的时候，主要采用挠曲线的近似方程来完成。那么，可以得出结论，即如果这一点出现了弹性变形，那么，其点的水平向的反力与弹性变形是成正比的。

四、结语

综上所述，对于市政地下工程深基坑支护结构的设计，主要还是采用常规设计方法。从设计原理上来解释，面对现在的施工要求，常规的方法虽然还存在着各种各样的问题，但是，在有限元方法中，都可以适当地得以解决。也就是说，常规的设计方法还是比较安全的。对于大型的基坑以及形状不很规则的深基坑，其支护结构的设计最好是采用更为优质的材料来支撑。如果存在多个方案可供选择，则可以首先考虑到周边的环境、经济投入的状况以及施工中的技术问题来确立系数，并采取计算的方式设计深基坑的支护方案。在加快施工进度的同时，还要寻求安全可靠支护结构设计，并达到良好的经济效益。

参考文献：

[1]黄镜华.深基坑支护结构设计理论及工程应用[J].科技信息，2009（35）