基于MIDAS 软件深基坑支护的设计研究

张文军

(山西四建集团有限公司第二分公司，山西太原 030002)

0 引言

随着城市化的快速发展，地上土地资源已非常有限，建筑空间拥挤和城市绿地减少，导致我国的高层建筑如雨后春笋，成了现代建设的主流。为了节省土地、充分利用地下空间，高层建筑基础本身要求有一定的埋置深度，高层建筑的停车场、设备间、储藏库等也都设在地下，从而使基坑深度增加。从发展趋势看，我国正在建设的高层建筑越来越高，向地下发展越来越深，同时密集的建筑群、超深度的基坑、周围复杂的地下设施都给基坑施工带来一定的难度，这对基坑工程提出了严峻的挑战，同时基坑工程事故发生率较高，竟占基坑总数的1/4以上，而这些工程事故主要表现为支护结构产生较大位移、支护结构破坏、基坑塌方及大面积滑坡、基坑周围道路开裂和塌陷、与基坑相邻的地下设施(管线、电缆)变位以至于破坏，邻近的建筑物开裂甚至倒塌等给国家经济和人民生命财产造成严重损失，这些问题的存在都与基坑支护的设计及施工质量关系密切。

国内刘明建结合近年来一些基坑支护设计与施工，概述了较成熟的基坑支护类型及适应范围，简述了深基设计理论及其存在的一些问题，对深基坑支护工程今后的技术应用进行了探讨［2］。

李勇介绍了基坑支护结构的种类及我国深基坑工程的主要特点和存在的问题，以丽都城市大厦基坑支护为例，采用地下连续墙加三级钢筋混凝土支撑的支护结构方案，满足了建设方的各项安全技术要求［3］。

王晓楠，王建良介绍了深基坑支护结构内力与变形的国内外研究现状，阐述了支护结构与岩土体相互作用、支护结构内力与变形计算方法和支护结构内力与变形监测研究进展，对目前深基坑基坑支护结构存在的一些问题进行了探讨，并提出以后的发展方向［4］。

宋福渊，耿冬青针对深基坑支护设计和施工现状，提出了深基坑支护工程中存在的诸多问题，在设计上对坡顶荷载、结构施工临建的布置等进行了明确说明，对施工方案、地下水控制等进行了阐述［5］。

杜德荣根据规范及多年的经验对深基坑支护设计和施工提出几点宝贵的建议［6］。

1 工程概况

1.1 工程概况

基坑开挖深度为12 m，嵌入深度为7 m，采用灌注桩围护结构，基坑安全等级:一级，基坑重要性系数:1.1，分析方法采用弹性支点法。

1.2 地质条件

场地地质条件和计算参数如表1所示。

表1 地质条件参数表

1.3 支护结构布置

支护采用灌注桩，桩直径为1 m，混凝土材料等级为C35，桩间距为1 m。设置4道锚杆(索)，锚杆(索)布置情况及计算参数如表2所示。

表2 锚杆布置情况表

2 施工阶段

2.1 开挖引起的沉降

安置施工沉降监测仪，通过挡土墙位置的不断变化，得出地面沉降值，与图1比对，基本无差异。

图1 最终施工阶段沉降曲线图

2.2 施工段内力值最大值

施工阶段中开挖到12 m时土压力达到最大值为119.38 kN/m;位移最大值为0.01 m;开挖到6 m，即生成第三道锚索前剪力达到最大值为 345.51 kN;开挖到 4.5 m时弯矩达到最大值为－618.11 kN·m。

2.3 施工段应注意的事项

根据本工程的特点及计算的内力值、沉降等数据，得出本施工阶段的注意事项如下:

1)施工先解决地下水位，采用轻型井点抽水，使地下水位降到基坑底1.0 m以下。

2)施工人员上下应挖好阶梯或支撑靠梯，禁止踩踏支撑上下作业，坑四周应设置安全栏杆。

3)根据本工程土质情况，基坑边上堆放材料及移动施工机械时，应与挖土边缘保持至少2 m距离。

4)施工中，现场技术负责人要坚持跟班作业，按照设计要求及时解决施工中出现的安全、质量问题，确保每道工序在安全保证的前提下进行。

5)对本基坑剪力、弯矩较大的关键部位，必须严格控制，前道工序未验收签证，后道工序绝不允许施工，对施工中的危险部位指定预防措施。

3 结构计算

3.1 支护截面设计

灌注桩采用均匀配筋方式，混凝土保护层厚度为0.01 m，配筋分段数为2段，各分段长度为17.2 m。截面配筋设计值见表3，表4。

表3 纵筋选筋设计值

表4 箍筋选筋设计值

3.2 稳定验算结果

1)整体稳定验算见图2。

图2 整体稳定性验算图

土体整体稳定采用瑞典条分法计算，条分法中土条宽度为0.5 m。根据公式各施工阶段整体稳定性结果:Ksmin=1.32，Ksmax=5.91 均大于抗倾覆稳定系数［K］=1.3，与手算结果相比偏于安全，整体稳定性满足要求。

2)抗隆起验算见图3。

图3 抗隆起稳定性验算图

4 结语

1)基于MIDAS软件的深基坑支护设计中结构计算手算值偏差为5%左右，在规范允许的误差范围内且偏于安全，用于本深基坑的支护，成功实现了深大基坑的设计，后期对沉降、倾斜的监测均在合理范围内，可应用于其他深基坑支护工程中。

2)与传统的方法相比，基于MIDAS软件的计算结果及步骤均很清晰，内力变化情况一目了然，可以帮助了解工程的关键部位、内力最大部位并指导现场施工。

3)计算过程可以考虑到土质情况、地下管线、附近建筑物等一些实际工程中的细节，使计算结果及方案更适合现代建筑发展的趋势。

［1］JGJ 79-9，建筑地基处理技术规范［S］.

［2］刘明建.浅谈深基坑支护设计［J］.西部探矿工程，2009(5):24-26.

［3］李 勇.深基坑支护设计研究［D］.成都:成都理工大学，2012.

［4］王晓楠，王建良.深基坑支护结构内力与变形研究进展［J］.科学技术与工程，2012，12(21):5243-5248.

［5］宋福渊，耿冬青，刘晓辉.深基坑支护设计与施工管理探讨［J］.工程勘察，2005(4):77-78.

［6］杜德荣.浅谈深基坑支护设计与施工技术措施［J］.建筑施工，2011(7):115-117.

［7］余志成，施文华.深基坑支护设计与施工［M］.北京:人民交通出版社，1996.

［8］熊智彪.建筑基坑支护［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008.