关于岩土工程中深基坑支护设计的探讨

郑常丽 李 纳

（1.四川省川建勘察设计院，四川 成都 610000；2.四川省鑫川建筑工程检测有限公司，四川 成都 61000）

随着社会经济迅猛发展，各大城市纷纷出现地窄人稠、拥堵、低价暴涨等现象，高层建筑的增加、也恶化了地下空间，大量深基坑工程在建筑工程领域中得以应用。高层建筑成为城市人居的主要建筑，为了解决复杂的施工环境问题，有必要对岩土工程深基坑支护设计中的相关问题进行分析，并提出相关的解决方案。

一、基坑支护设计中存在的问题

1 支护结构计算不符合实际受力

长期工程实践证明，虽然从理论上来看有的支护结构的极限平衡理论系数绝对安全，但是，实际中却容易产生破坏。但是，过小的支护结构系数又使得要求不规范，无法达到实际工程标准、要求。坑壁土体的状态是动态平衡，伴随时间的延长，土体也渐渐处于松弛，当降低了土体强度后，土体也就发生变形。

2 选择力学参数

基坑安全设计直接受到土压力大小的影响。开挖深基坑后，地质情况也发生改变，土体物理力学参数也随之发生相应变化，具体为粘聚力、内摩擦角、含水率，对此要对土压力进行精确地计算就具有相当难度。所以，如何选择土体物理力学参数就成为不确定因素。当相差内摩擦角值为5°时，就会产生不同的主动土压力，一旦当开挖了原土体后，就会产生差别更大的土体内凝聚力。土体物理力学参数的选择不同，深基坑的支护结构形式与施工工艺也各不相同。

3 开挖基坑空间效应

在深基坑长边居中部分，常常会发生边坡失稳的现象，由此看出空间问题在深基坑中是个必要考虑的问题。对于细长基坑而言，在处理空间问题上，为与开挖空间效应标准相适应，应适当地调整支护的结构，设计可按照平面应变的原则。

4 土体取样问题

设计深基坑支护结构时，取样分析土层的工作十分关键，该工作能够为设计支护结构提供安全、可靠的依据，且物理力学指标也较为理想。通常情况下，在开挖深基坑地段，预先钻探取样，但是不完全性和一定的随机性是土样所具备的。由此可知，深基坑支护结构的设计因地质构造的不同而相异。

5 未明确边坡堆载

完成基坑支护后，地基若不需要进行处理，主体结构施工则接踵而至。有的为便于施工或受场地局限，在距离基坑上口线不到一米的位置堆放了很多材料，如钢筋模板、水泥等；或浇筑混凝土时，基坑上口线距离混凝土罐车较近。除此之外，边坡坡顶距离大吨位吊车停放位置过近，在进行塔吊安装时容易导致事故发生。在承受诸如上述的压力下，基坑边坡无法承受就会产生较大变形，甚至坍塌现象。如果在设计时未明确考虑、计算基坑坡顶距离与容许堆载量的关系，施工中就会使基坑超出坡顶极限承载力。

6 场地综合因素

在进行深基坑设计时，场地因素包含很多中，包含基坑过深造成的坍塌现象，如果不采取支护措施，就会出现坍塌；基坑内受地下水的影响，产生沉降。基坑如果深度过大，地下水对基坑的稳定性会带来影响，因此在施工中应该注意排水和降水，而排水与降水又会造成临近土体出现沉降，影响附近建筑。最理想的措施是既能排走基坑内的水，又能保证基坑外侧不会出现沉降，一般止水帷幕法控制地面沉降方面的应用比较多。通常施工尽可能选择在非雨季，由于雨季降水多，降水与排水都会增加施工成本，而且也会延长工期，不利于工程的整体进展。

7 基坑边坡位移变形及附近建筑物变形

城市中开挖基坑，多数情况都是建筑物临近基坑，若不注意，就会促使附近建筑物发生变形。通常情况下，地基沉降会引起建筑物变形。一旦建筑物发生变形，不仅会给工程施工带来严重影响，还对建筑物居民造成威胁。若基坑边坡产生较大位移或变形，且随着时间推移持续扩大，便应对此进行基坑稳定性分析，并针对具体问题实施相应措施。

二、针对基坑设计存在问题的解决方案

1 支护结构的创新

深基坑支护结构十分适合高层建筑施工。但是如何创建支护结构型式呢？现阶段，在受力结构的基础上，深基坑支护结构的发展更具综合性。深基坑工程并不是单一的工艺，其包括岩土工程与结构工程，在考虑了工程造价、工期、安全等问题基础上，所采取的方法应切合实际，辩证地对待深基坑工程及周围环境关系。

2 工程设计方法的创建

地下管线变形观测、基坑边坡变形观测等是岩土工程深基坑支护结构变形观测的主要内容。开挖土方与设计支护可通过对数据的监测进行实时分析，并在实际应用中采取相应的措施，对偏差、地下管线变形、对沉降变形、土方开挖影响等进行设计。实际测量中若发现异常，为杜绝问题恶化，应立即对问题进行分析，防止滑动及变形的进一步发展，设计出安全、可靠的施工方案及加固对策。专家论证的形式适用于复杂、重大的基坑工程，同时能够有效降低造价、从根本上确保工程的安全、可靠。

3 设计预应力锚索受力及冠梁

随着基坑降水和基坑开挖的开展，位于基坑四周土体应力场改变，在复杂应力条件下桩体产生应变，桩向基坑中心位移。开挖过程中，基坑底部会产生隆起，且基坑四周的初始应力场发生改变，进而引起变形。持续开挖，增加了支护桩两侧的应力，且同时增加了支护结构内外土体面，同时逐渐显著了基坑底部变形幅度，且隆起变形较大的部位在基坑中心。进行开挖时，水平方向应力增加桩体负担，同时桩相应也发生了水平位移。在预应力锚索支护中，水平位移的出现会造成锚索预应力增大。土体、预应力锚索、桩之间互相作用的过程也就是开挖基坑的过程，基坑支护结构产生变形的大小受到预应力锚索和土体的材料参数影响。在设计计算过程中，应注重材料参数的选取。根据基坑周边情况、支护结构以及安全等级，可对项目进行设置，具体包括周围道路地表产生裂缝、沉降；预应力锚索内力；监测地下水位；排桩的桩顶发生竖向、水平位移。在设计中，排桩维护设计的关键组成是围檩和冠梁，要确保排桩围护体具有足够刚度，应对构造形式进行合理选择。将冠梁设置于基坑支护桩的顶部位置时，其顶部未发生较大变形。可以得知，为提升整体基坑支护结构刚度，应采用基坑顶部浇筑混凝土冠梁的方式，从而控制、减小基坑支护桩产生的变形。在开挖软土或深度较大的复杂岩土体基坑时，建议将冠梁设计在支护桩的顶部，为提升高支护结构稳定性与安全性，必要时还可选择内支撑结构。

表1 不同土层岩土工程指标

4 全程控制基坑支护施工质量

深基坑支护施工质量直接关系到深基坑施工的质量，应该进行全过程控制，一旦在某一环节出现问题，应该及时进行纠正，否在在事后进行补救的难度非常大。所以，必须对施工过程进行严格的控制与管理，确保支护施工的质量。在施工前，相关人员对基坑所在地的地质资料要进行熟悉，对施工场地周围的环境及设计图纸要熟悉。此外，降水系统要确保工作正常，在施工过程中，施工单位不能随意更改锚杆的具体位置、长度、数量、型号、加强筋范围及钢筋网间距，设计方案如果需要进行变更，必须要经过专家进行评审。基坑支护单位应该和土方开挖单位进行配合，坚持分层分段开挖与支护。基坑在回填之前，不能破坏支护层，尤其是坡脚位置，防止对支护的质量产生影响。

三、工程实例

1 工程概况

图1 支撑体系平面布置图

本工程基坑平面尺寸140m×75m，地下室面积9000m2左右，工程包含三幢单体结构，其中两幢设有二层地下室，地下一层顶层标高-3.85m，地下二层顶层标高分别为-7.65m和-8.40m，基坑开挖深度介于7.70m-9.05m，局部开挖深度（电梯井）达到11.20m。另外一幢设一层地下室，基坑开挖深度为3.85m-5.35m。

2 工程地质特征

根据岩土勘察，工程基坑开挖范围内的岩土包含杂填土、粘土、淤泥、淤泥质粘土等，各土层的岩土工程指标如表1所示：

施工场地地下水位上层孔隙潜水及下层微承压水。孔隙水主要靠河水及大气降水补给，具有季节性特征，该层为弱透水层。下层微承压水由于深度比较大，达到地面下69m，对工程基坑没有影响，在基坑设计中不予考虑。场地内地下水对混凝土具有腐蚀性，属于分解类腐蚀，在空气中氧气的作用下，也能使钢结构出现腐蚀。

3 基坑支护设计

（1）支护分区

通常，根据深基坑及岩土性质进行分区计算。在该工程中，土层条件较为平均，基坑开挖深度计算到承台底和板底：对于周边承台比较小的取至底板标高，对承台比较大的取至台底标高，因此该工程的三个分区开挖深度分别为 7.70m、8.30 m、9.05m。

（2）支护结构设计

挡土体系。分区一：深度7.70m，采用钻孔灌注桩，直径为700mm，桩长22.4m，间距900mm；分区二：深度8.30m，采用钻孔灌注桩，直径为800mm，桩长24m，间距1000mm；分区三：深度9.05m，采用钻孔灌注桩，直径为800mm，桩长26m，间距1000mm。桩身混凝土的强度均为C25。

支护体系。设置两道砼内支撑，支撑面标高分别为-1.60m和-6.35m。支撑结构均采用现浇砼，混凝土强度为C30，支撑截面尺寸包含600×600、800×800、900×900三种。支撑平面布置如图1所示：

（3）支护竖向布置。竖向支撑布置主要是为了对土体变形及位移进行控制，同时桩身的弯矩也要合理，两道支撑间距保证运输车辆及挖掘机械能够通过，确保进入坑下作业，方便换撑及楼板施工。工程共设支撑立柱桩48根，均采用钻孔灌注桩，施工之前要现将钢筋笼及钢构件焊接在一起置入孔内。

4 支护效果分析

基坑开挖期间，由于桩间喷射砼与挖土没有合理的配合，出现了7处桩间流土现象。由于基坑的北侧有一寺庙不能拆除，因此设计单位对该处地下室进行了调整，也造成了挖土到第二道支护标高以下时，出现桩间土流失的问题，施工中立即采取了应急措施，往坑内回填土方，并设置了警戒区，待土体稳定以后，用钢板焊接在围护桩主筋上。在开挖至基底标高后，在该部位垫层封底。施工结束后，基坑周边也出现了沉降问题，但都控制在允许的范围内，因此该工程基坑支护方案是有效的。

结语

深基坑支护工程为建筑基础工程施工的重点、难点。设计深基坑支护时，应该根据当地的地质特征进行设计。在设计计算过程中，应注重材料参数的选取。根据基坑周边情况、支护结构以及安全等级，可对项目进行设置，具体包括周围道路地表产生裂缝、沉降；监测地下水位；排桩的桩顶发生竖向、水平位移等关系到基坑稳定性的因素。深基坑支护工程十分复杂，因为要考虑施工的环保、工程的便利、技术的安全等等，对深基坑支护技术提出的要求越来越高。在开挖岩土工程的过程中，为确保施工安全性，必须采取相关支护措施，以避免发生基坑事故。随着建筑技术的不断发展，施工技术工艺也在不断创新。

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