深基坑支护技术分析

代迎立

（合聥市市政设计院有限公司，安徽，合聥，230001）

深基坑支护技术分析

代迎立

（合聥市市政设计院有限公司，安徽，合聥，230001）

深基坑工程是随着城市建设事业的发展而出现的一种较新型的岩土工程。基坑支护设计是一个综合性的岩土工程问题，既涉及土力学中典型强度与稳定问题，又包含了变形问题，同时还涉及到土与支护结构的共同作用以及结构力学等问题。

深基坑；支护；技术

一、深基坑支护类型

1)土钉墙支护。2)搅拌桩支护。3)柱列式灌注桩、排桩支护。4)内支撑和锚杆支护。5)钢板桩支护。6)地下连续墙。

二、深基坑支护的土压力

1、土强度指标的选择

土的抗剪强度指标C，与土的固结度有密切的关系。土的固结过程就是土中孔隙水压力的消散过程。对于同一种土，在不同排水条件下进行试验，可以得出不同的抗剪指标 C和￠，故试验条件的选取应尽可能反映地基土的实际工作状态。在基坑支护设计中应采用三轴试验的指标，才能保证选取参数值的客观性和准确性。对于黏性土，计算围护结构背后由自重应力而产生的主动土压力，采用三轴试验的固结不排水剪指标与实际工作状态较一致；计算基坑内被动土压力时，一般宜采用三轴固结不排水剪指标。对于砂土，由于排水固结迅速，可采用排水剪指标，或采用固结不排水剪经孔隙水压力修正后的c值来计算土压力。

2、土压力计算理论

试验已证实了太沙基理论的定性结论：土压力大小取决于位移的大小和位移方向。

3、水土压力的合算与分算

按照有效应力原理，可知‚土、水压力分算‛比‚土、水压力合算‛概念要清楚。但水、土压力合算法在一些软黏土地区的临时性开挖工程中土压力计算值与实测值较为符合。如土在有水作用时，墙后土压力主要是水、土压力共同作用的结果。在未搞清水、土耦合效应的前提下，水、土压力合算是一个包含一定的实践经验的综合方法，对工程实践来说是有利的

三、支护结构计算方法

1、静力平衡法

静力平衡法亦称自由端支承法，该法假定围护结构是刚性的，并可绕支撑点转动。围护结构的前侧产生被动土压力，后侧产生主动土压力。静力平衡法适用于围护结构的入土深度不太深即底端非嵌固的情况，此时围护结构由于土压力的作用而达到极限平衡状态。利用墙前后土压力的极限平衡条件来求插入深度、结构内力等。

2、等值梁法

单支撑(锚拉)埋深板桩计算，将其视为上端简支、下端固定支承，变形曲线有一反弯点，一般认为该点弯矩值为零。可把挡土结构划分为两段假想梁，上部为简支，下部为一次超静定结构，其弯矩图不变，该法称为等值梁法。实践表明，等值梁法计算板桩是偏于安全的，实际设计计算常将最大弯矩予以折减，折减经验系数为0.6～0.8。等值梁法基于极限平衡状态理论，假定支挡结构前后受极限状态的主被动土压力作用，但不能反映支挡结构的变形情况，即无法预先估计开挖对周围建筑物的影响，故一般仅作支护体系内力计算的校核方法。

3、弹性地基梁的m法

基坑工程弹性地基梁法取单位宽度的挡墙作为竖直放置的弹性地基梁，支撑简化为与截面面积、弹性模量和计算长度等有关的二力杆弹簧。弹性地基梁法中土对支挡结构的抗力(地基反力)用土弹簧模拟，地基反力的大小与挡墙的变形有关，即地基反力由水平地基反力系数同该深度挡墙变形的乘积确定。但是，工程实践表明，在软土中的悬臂桩支护计算采用m法，计算位移与实测位移有很大差异，实测位移是计算值的好几倍。另外，m法无法直接确定支护结构的插入深度，通常假定试算有很大的随意性。

4、弹塑有限元法

有限单元法作为今后基坑支护设计计算的发展方向，它的优点是考虑了土体与结构的变形协调，而且可以得出塑性区的分布，从而判断支护结构的总体稳定性。但选取合理的本构模型与计算参数，以及塑性区范围与稳定性之间的定量关系尚缺乏经验。随着计算机技术及系统科学的发展，为有限单元法的完善提供了更有利的工具。在结构计算方面，建立了能考虑基坑围护结构和土压力的空间非线性共同作用理论及其计算方法，可以高效地完成基坑围护工程的计算。

四、动态设计和施工

深基坑工程是土体与围护结构体系相互作用的一个动态变化的复杂系统，仅依靠理论分析和经验估计是不够的，要加强施工中的监测和动态设计工作。监测是基坑工程施工中的眼睛，只有作好监测工作，才能看清施工方向，了解和预测整个基坑工程系统变化的趋势。当出现险情预兆时，可做出预警，及时采取措施；当安全储备过大时，可及时修改设计，削减围护措施，提高设计与施工水平。

五、深基坑支护工程特点

1、深基坑支护工程是风险性较大的临时工程，具有较高的事故率。深基坑工程一般都是临时工程，安全储备相对较小，造价较高，不确定因素较多，建设单位往往不愿投入较多的资金，因此风险性较大。深基坑工程施工周期长，从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程，常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件，安全度的随机性较大，事故的发生往往具有突发性。

2、深基坑支护工程具有很强的差异性和个性。地质和水文地质条件的不同，自然条件（如降雨）的差别，都会造成基坑支护工程的差异性。即使是同一城市，不同区域也有差异。同时，深基坑支护工程还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力以及周围场地条件有关，使得每个基坑都要根据具体情况具体分析，进行专门设计。

3、基坑工程具有很强的综合性。深基坑支护工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交叉的学科，是多种复杂因素相互影响的系统工程。它涉及土力学中强度（或称稳定）、变形和渗流3个基本课题，三者需要综合处理。有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾，有的土中渗流引起土破坏是主要矛盾，有的基坑周围地面变形是主要矛盾。

4、深基坑支护工程具有较强的时空效应。深基坑的深度和平面形状，对深基坑的稳定性和变形有较大影响。在深基坑设计中，要注意支护结构的水平位移和土压力分布具有明显的空间效应。作用在支护结构上的土压力会随着时间变化。蠕变将使土体强度降低，使土坡稳定性减小。故基坑开挖时应注意其时空效应，必要时可以进行三维分析。

5、深基坑支护工程具有较紧的工期要求和很高的质量要求。抓紧施工工期，不仅是施工管理上的要求，对减小基坑变形、减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域，甚至有时深基坑的支护结构还是地下永久结构的一部分，所以，必须保证深基坑支护工程的质量。

六、结束语

我国基坑支护的设计理论有了很大发展，建立了许多新的计算理论和方法。但在工程具体应用中，仍要坚持理论与实践相结合的原则，根据实际选用合理的支护方法。同时，要加强管理和监督，加强关键环节的质量控制。

[1] JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程

[2] JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范

[3] GB 50330-2002，建筑边坡工程技术规范

[4] 龚晓南，高有潮，深基坑工程设计施工手册.北京：中国建筑工业出版社

[5] 刘国彬，王卫东，基坑工程手册.北京：中国建筑工业出版社

[6] 陈忠汉，深基坑工程.北京：机械工业出版社

TU584

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1674-3954（2011）02-0041-01