深基坑支护结构设计理论及工程应用

【摘 要】本文通过对深基坑支护的类型以及其特点、结构的主要计算方法，来结合广西高层建筑的深基坑实际工程的进行分析。

【关键词】深基坑，支护；结构；设计；工程；应用；

中图分类号：F121.3 文献标识码：A 文章编号：

一．前言

近年来，在我国的各类建筑和市政工程飞速发展的过程中，多层建筑以及高层建筑的地下室、地下车库，以及地铁车站等地下工程的施工，都有新的施工技术，即深基坑工程。何为基坑，我们在进行房屋建筑、市政工程建设或者是地下建筑物的施工之前，需要开挖的地坑，即为基坑。为了不断提高保证基坑的施工技术，保证主体地下结构的安全，力争周围环境不受损害。在深基坑的开挖施工过程中，所采取的支护结构，如降水和土方开挖，以及土方的回填，在施工过程中在还包括勘察和设计、施工和监测等工程的总称，为基坑工程。 本文通过介绍深基坑支护的类型及其特点，并结合实际工程进行分析与研究，来加大工程的应用。

二．深基坑支护的类型及特点

1.支挡型基坑支护形式，又包括放坡开挖及挡土支护开挖。

（一）放坡开挖

放坡开挖是所有的支护类型开挖当中最经济、最简单并速度最快的一种支护类型，在进行放坡开挖时，要测评各方面条件，当各方面的条件满足放坡开挖的条件时，应当首先采用放坡开挖。在土质较硬、并且属于可塑性粘土地段，或者是良好砂性土场地，足够放坡开挖条件，也可以对坡面采取一定的措施，如边坡的高度在 3～6m时进行，高于或低于这个数值，可以进行分段开挖；在工程施工后要采取对边坡稳定进行验算等施工方法。

（二）挡土支护开挖

在施工过程中，有时还要考虑保证基坑周围的建筑物，以及构筑物和市政设施的安全，也在无水条件下为了满足施工要求， 在基坑开挖时，还需要设置挡土结构以及截水结构。这种起到挡土及截水的结构，统称为支（围）护结构。

基坑工程在施工中还包括这样两个方面，一个是支护体系的设置，另一个内容是土方开挖。在土方开挖的施工当中，其结构组织的合理性对围护体系的最终成功产生重要的影响。其中不合理的土方开挖方式以及步骤，包括开挖的速度，都对主体结构桩基础变位和支护结构变形过大有影响，甚至可能引起支护体系围护体系崩溃。

2.加固型

加固型的基坑开挖施工方式，在实用中比较经济合理，判断的方式可从挖土面的深浅度以及水文的地质条件，和其外荷载状况以及施工过程中场地条件限制等方面来进行综合分析考虑确定。

三．深基坑支护方案设计

1 基坑周边环境

以某一高层建筑为例，其需要设计并开挖深基坑，在建设施工中设计了采用深基础。在此建筑的位置，在地质勘测时得到数据，广西的土质一般为红粘土，大体上来看水稳性比较好，且具有更好的填筑性能。但与其他浅基坑相比，现在城市建设高层由于设置了地下室，埋深较深，基坑开挖的深度较深，从整体上比较来看，会影响到周边的已建的建筑，故需要做基坑支护来围护周边的土层的稳定及安全。所以就涉及到深基坑支护的设计

深基础是当基础的埋深超过某一值，且需要借助特殊的施工方法才能将建筑物荷载传递到地表以下较深土层的基础。深基础是埋深较大，并且以广西地区红粘土土层或风化岩层作为持力的基础层，可起到把承受的荷载作用集中地传递到地质层的深处，使受力分散。而浅层基础其作用是把所承受的荷载相对集中地传递到地基的深层。而浅基础？原理相似，是通过基础底面反所承受的荷载力分散于地基的浅层中去。所以，如果建筑施工中，场地的浅层土质如果不能荷载建筑物对地基的承载和变开？的要求时，当无法采用适宜的地基处理措施时，就要考虑深基础的开挖方案。

在基坑北侧距离路边约 2. 9m左右; 在基坑的南侧有一栋 6 层高的砖混结构的住宅楼，位置在距离基坑大约5. 8m处;在基坑的西侧还有一栋 6 层高的砖混结构的住宅楼，位置距离基坑约4. 6m;并且在基坑的东侧，有一栋 4 层高的砖混结构沿街楼，距离基坑大约 5m。在此地理位置中，由于周边的建筑物距离基坑都比较近，且建筑物为多层建筑( 住宅 4 到 6 层为多层) ，建筑物年代较长，同时基坑周边环境及降水或放坡开挖都会会对周边环境产生不利影响，不具有放坡开挖条件，需要在施工工程中进行支护。

2．支护设计方案

根据周边环境进行初步分析得知，该深基坑的支护适合采用桩式围护体系。基坑安全等级为一级，破坏结果影响很严重。

如图 1 所示，支护工程以灌注桩维护墙来承受土体的侧向土压力以防止建筑坍塌。桩顶位于地面以下2.10m 处，标高 200. 00m，桩直径为1m，桩长 13. 50m，嵌入基坑底面以下的维护结构的长度是4. 00m，两桩的中心距离为 1. 40m。桩外部的保护层是 50mm; 1m× 0. 5m 的圈梁位于桩顶，配主筋为 8E20，混凝土的强度为 C30。设置在支护结构顶部以下传递支护结构与锚杆支点力的钢筋混凝土梁是由两根28槽钢组成，它位于地面以下 5. 50m 处，并且锚索设置在其 197. 50m 的地方，每个灌注桩都设置有一个锚索，其中不受张拉力的地方长度为 6. 50m，锚固段长度为13. 50m，锚索体选用 4s15. 2 锚索，锚固体直径 150mm，与地面夹角是 15°，锚索上施加的压力为 350kN。

3 支护结构设计计算

该基坑的支护计算工具是理正软件，方法是弹性土压力和经典土压力模型。所有土层的调整系数规定为 1. 0，基坑侧壁重要性系数为 1. 10，均布超载 72. 5kPa。计算结果如下:

( 1) 钻孔桩截面钢筋配置计算: 钻孔桩为一段配筋，钢筋长 13. 5m，配筋级别纵筋 HRB400，实配值 12E25; 螺旋箍筋级别 HPB235,实配值 d8@200; 加强箍筋级别 HRB400，实配值D14@ 2000。

( 2) 锚索计算结果: 本工程中的锚索采用热轧带肋三级钢筋( HRB400) 配置，材料在规定的荷载作用下，材料发生破坏时的应力值取 1220. 000MPa，材料在弹性变形阶段内，正应力和对应的正应变的比值为 2. 000 ×105MPa; 灌入的水泥弹性变形阶段内，正应力和对应的正应变的比值为 3. 000×104MPa;土与锚固体粘结强度分项系数 1. 300，锚索荷载分项系数1. 250; 锚索采用钢绞线种类 1×7。

( 3) 冠梁配筋结果如图 2 所示。

( 4) 地表沉降计算结果利用三种方法计算。

( 5) 整体稳定验算计算方法: 瑞典条分法，即瑞典圆弧滑动面条分法，是将假定滑动面以上的土体分成 n 个垂直土条，相对于各土条上的作用力，在对这些作用力进行力矩及力的平衡分析中，可以求出在极限平衡状态下的土体的稳定安全系数。在计算中，得出各面上的应力均匀分布数值，并且，此方法中的疆土体在分割成的土条后的宽度为 0. 40m;求各土条对滑动圆心的抗滑力矩和滑动力矩，并且各取其总和，在计算中，通过对安全系数进行，得出滑动弧面的有关数据，现详细数据如下所示: 整体的稳定性的安全系数Ks = 2. 550，其中的滑动圆的半径是15. 019m，圆心的坐标( － 1. 969，0. 722) 。通过上述的计算，经过验算后得出结果说明，单层锚索排桩结构的整体的稳定性是满足施工要求的。如图2 冠梁配筋图

4 基坑止水

施工的主要方式如:

(一)可采用桩长 11. 00 ～12. 50m，桩且要埋入泥岩层深达 1m 以上，其喷摆角度可以设定为 30°，孔距 1. 40m，孔位置可在支护桩外侧，桩的搭接的长度不应当少于30cm;可用于不低于 32. 5 级的水和灰比1的普通的硅酸盐水泥进行灌注，水泥用量并且要大于或等于400kg/m;在工作状态下的水泥浆以及水的压力应当大于等于 35MPa。支护结构要求:

( 1) 基坑围护结构的构件( 包括围护墙、隔水帷幕和锚杆)在一般情况下不应超出工程用地范围，否则应事先征得政府主管部门或相邻地块业主的同意;

( 2) 基坑围护结构构件不能影响主体工程结构构件的正常施工;

( 3) 有条件时基坑平面形状尽可能采用受力性能较好的圆形、正多边形和矩形。单层锚索排桩结构的安全度除取决于土层地质情况以外，很重要的因素是单层锚索的施工质量。

(二)单层锚索施工要求如下:

( 1) 钻孔位置与准确位置之差不能超过 50mm，孔斜与精确数据之差最大为 1°，并且其与轴线距离小于或者等于比锚杆长 30cm 的钻孔深度的 3%。

( 2) 在锚经过首次的灌浆水泥开始失去塑性以后的锚固段，在完成第一次灌浆后，还需要进行再次的灌浆，其克服浆液流动阻力而且使浆液扩散的压强应为1. 0 ～ 2. 0MPa。

( 3) 在以上施工过程中，在施工后此项工作开始的半个月以后，还需要对每根锚索进行张拉操作，其第一次的张拉达到40t，第二次的张拉力可固定到30t。

四．工程施工监测结果及分析评价

( 1)在工程施工过程中，整个工程的实施，要通过监测，了解基坑位移、桩后地基土和周边建筑物的数据，要始终进行记录与进行沉降监测。大多数的地方根本没有沉降或者沉降微乎其微。所以此监测结果说明此基坑支护是安全的。

( 2) 基坑隔水帷幕效果甚佳，在整个工程中绝大部分地方没有漏水，个别地方出现漏水的在第一时间进行了修复。由此看来，选择高压喷排桩是较好的方案。

五．结束语

建筑深基坑工程是一项十分复杂的系统工程，在实际施工中，必须结合项目特点制定切实可行的专项施工方案，围绕控制要点、关键环节有针对性的采取技术手段和控制措施，才能够确保深基坑施工安全有序可控，并保证工程主体项目及周边建筑的安全使用寻求安全可靠和经济效益的最佳交点。

参考文献：

[1]刘斌《高层建筑深基坑工程数值分析及支护结构优化设计研究》硕士学位论文 南京理工大学,2003

[2]吕二和《深基坑变形控制设计与研究》硕士学位论文青岛 中国海洋人学,2003