浅谈岩土工程勘察深基坑支撑设计

摘要：本文结合作者多年工作经验，论述了深基坑支撑的关键性意义。同时针对深基坑支撑设计要求及想法进行简要阐述，同时提出了深基坑支撑设计过程当中需要关注的问题，为今后相类似的工程提供参鉴。

关键词：岩土工程；深基坑；设计；矛盾

中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：

目前，高楼大厦的不断兴建，促使深基坑支撑科技获得了一个进步的机会。各个地区都在深基坑开挖和支撑技术上总结了很多方面的经验和设计，一大批新技术、新结合构造、新工艺相继产生。但是当下深基坑支撑结合构造的设计理论、设计原则、运算公式等，逐渐不能与当下深基坑开挖与支撑结构的现实要求相吻合，造成有的深基坑工程出现塌陷的事情发生，给人类的生命安全和财产安全带来很大的损失。所以，对深基坑支撑的安全问题，工程设计工作者一定要加以特别的关注。

1 深基坑支撑的重要性

当下，在岩土工程中深基坑施工过程中，为了保证施工安全，预防塌方事情的出现，一定要对开挖的深基坑采取支撑措施。建筑深基坑支撑设计与施工应综合考虑工程地质与水文地质条件、深基坑类型、深基坑开挖掘深度、降排水条件、周边环境对深基坑侧壁位移的要求，深基坑周边荷载、施工季节、支撑结构使用期限等因素，做到合理设计、精心施工、经济安全。

2 深基坑支撑的设计要求

深基坑支撑作为一个结构体系，应要满足稳定和变形的要求，即通常规范所说的两种极限状态的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状态，对深基坑支撑来说就是支撑结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏，出现较大范围的失稳。一般的设计要求是不允许支撑结构出现这种极限状态的。深基坑支撑设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不致使支撑产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边建筑物的安全使用。对于设计的计算理论，不但要能计算支撑结构的稳定数据，还应计算其变形，并根据周边环境条件，控制变形在一定的范围内。

一般的支撑结构位移控制以水平位移为主，主要是水平位移较直观，易于监测。水平位移控制与周边环境的要求有关，这就是通常规范中所谓的深基坑安全等级的划分。

(1)对于深基坑周边有较重要的构筑物需要保护的，则应控制小变形，此即为通常的一级深基坑的位移要求；

(2)对于周边空旷，无构筑物需保护的，则位移量可大一些。理论上只要保证稳定即可，此即为通常所说的三级深基坑的位移要求；介于一级和三级之间的，则为二级深基坑的位移要求。

(3)对于一级深基坑的最大水平位移，一般宜不大于30mm；对于较深的深基坑，应小于0.3%H，H为深基坑开挖深度。

(4)对于一般的深基坑，其最大水平位移也宜不大于50mm。一般最大水平位移在30mm内地面不致有明显的裂缝，当最大水平位移在 40-50mm 内会有可见的地面裂缝。

因此，一般的深基坑最大水平位移应控制不大于50mm为宜，否则会产生较明显的地面裂缝和沉降、感观上会产生不安全的感觉。一般较刚性的支撑结构，如挡土桩、连续墙加内支撑体系、其位移较小，可控制在30mm之内，对于土钉支撑，地质条件较好，且采用超前支撑、预应力锚杆等加强措施后可控制较小位移外一般会大于30mm。

3 深基坑支撑的设计想法

对于一个支撑结构的设计，不仅要考虑拟建工程的自然地形、地质条件、当地的经验及技术条件，还要考虑国家和地方以及行业现行的法律法规。因此设计方案的重点在于可行性方案的筛选与优化，对支撑结构方案的选择和优化可按以下步骤进行：

(1)先对要施工的深基坑支撑工程进行考察，如果深度较大，应首先考虑悬臂式支撑结构，该结构主要利用深基坑地面以下土体提供的土压力来维持支撑体系平衡，主要结构形式为桩排支撑结构和地下连续墙两类，若边坡土质较好，地下水位较低，一般采用桩排支撑结构。一般情况下，如果深基坑较浅或被动区土层性质较好时，悬臂式支撑方案较为经济合理；而当深基坑较深或被动区土层性质较差时，该方案就相对不经济。

(2)如果悬臂式支撑结构不合理，我们还可以考虑其他形式的可行方案，比如钢板桩支撑、土钉支撑、网状树根桩加固、逆作法等。工程设计人员应根据工程的具体情况，具体问题展开具体分析，通过综合评定、比较分析的方法来确定支撑结构的种类以及不同深基坑支撑方案所需的支撑材料。

(3)在设计支撑方案的时候，还要充分考虑地下水的影响，因为它直接关系到设计方案的成败。但同时需要注意的是施工现场的土质是否适合井点降水，有时候还要考虑采用井点降水会不会影响周围环境，通常的情况下，为了减少井点降水对环境造成的负面影响(比如引起的地面附加沉降等)，我们还可采用井点回灌技术，尽量将这种负面影响减少到最低程度。总之，不同的支撑结构适应于不同的水文地质条件。因此，应因地制宜选择经济适用的方案。

4 深基坑支撑设计中问题点

4.1 支撑结构侧向土压力的计算

土压力的分布和计算，目前国内普遍采用古典的朗肯土压力理论，且假定支撑结构是竖直的，土压力的作用方向水平，墙背光滑，不计土体对支撑体的摩阻力。朗肯土压力理论用到支撑结构计算上时，由于该理论的主动土压力和被动力土压力是建立在极限平衡状态概念的基础上。据现有的研究结果表明，达到被动土压力的位移一般为达到主动土压力位移的10-50倍。在实际工程中，由于支撑结构常常不允许产生达到被动极限平衡状态时所需要的位移，实际的被动土压力一般均低于被动极限值。因此，在进行支撑结构计算时，用朗肯土压力理论计算所得到的被动土压力是偏大的，使用时需要折减。折减系数的取值与被动区上体的土质和支撑结构的型式密切相关，应根据被动区土体的土质和支撑结构型式，以及对支撑结构位移限制的程度，采用不同的折减系数。譬如对水泥土重力式挡墙，当被动区的土层为淤泥质粘土时，折减系数宜取0.5-0.6；当被动区土层为砂性土或被动区土体已经过水泥搅拌桩改良时，折减系数可取0.75-0.85；对于被动土压力的计算，如考虑土体的弹性抗力作用，会更接近于实际。由于土的弹塑性性质，其抗力矛盾比较复杂，目前仍普遍按弹性地基的假定进行计算，通常采用文克勒假定的弹性地基上竖直梁的计算方法。

4.2悬臂式板桩墙支撑结构计算

悬臂式板桩墙支撑结构的内力计算，目前多用H.Blum理论来求解。此理论假定坑底出现的被动土压力近似地发生在弯点下面，并在这部分阻力的中心处(C点)用一个反力Rc来代替，支撑桩插入深度t0用X来表示。它必须满足围绕C点使∑Hc=0的条件。由于土的阻力是向板桩方向逐渐增加，使用∑Hc=0的等式时会得到一个较小的插入深度，H.Blum 建议计算所得的X增加，20% 即插入深度t0=u+1.2X。为简化计算，H.Blum 提供了理论计算曲线图，避免了多次方程求解，为计算提供了方便。

4.3 土水压力的计算

传统深基坑侧上压力的计算理论主要以朗肯理论和库仑理论为基础，这两种理论无论在基本假设上，还是在计算原理上都存在一些缺陷。主要表现为：一是实际深基坑工程围护墙通常不满足古典土压力理论的假设条件。二是古典土压力理论没有考虑围护墙的变形过程，而仅以墙移达到使墙后土体出现极限状态的平衡条件为计算依据。实际上围护墙变形通常达不到使土体出现极限平衡状态的位移值，且其变形是随开挖的深入而变化的，上压力也随着变化。

5 结束语

通过上述论述，深基坑的开挖与支撑结合构造是一个整体系统，关乎着工程地质、水文地质、工程结合构造建筑原料、施工技术和施工经管等多个因素。它是集土力学、水力学、材料才学和结合构造力学等为一体的综合性的科学。支撑结构也是很多具备特殊能力的系统所构成的一个体系。就因为这样，所以不管是结合构造的设计上还是施工组成都需要从整体的性能作为起点，有效的统筹各个方面，这样才能够保证它能够安全有力的实施。。

参考文献：

[1]汉，黄书秩等.深基坑工程[M].北京，机械工业出版社，2003.

[2]王政华.某工程深基坑支撑设计[M].山西建筑，2009(27).