某深基坑工程支护结构设计分析

张兰兰

(浙江省地矿建设有限公司，浙江杭州 310012)

0 引言

基坑支护工程一直是一个综合性的工程难题，支护技术是否过关极大的影响着工程施工的安全与否。随着城市密集化程度的加深，基坑支护技术越来越受到人们的重视。

对于基坑工程的计算设计来说，作用在基坑支护结构上的荷载包括土压力、水压力和地面附加荷载［1］。其中，土压力的计算是基坑工程中的主要荷载，也是最为重要的部分。而土压力的分布是土体自身和基坑支护结构共同作用下的结果，但是该状态下的土压力的分布情况还没有被很好的研究清楚，也没有既定的规范可以用于该种情况下的土压力计算，在基坑工程的荷载计算中，土压力的分布规律还有待进一步的提高。

在现有的土压力计算理论中，较多使用的是朗肯土压力理论和库仑土压力理论，但两者均属于极限状态下的土压力理论，在正常的基坑设计计算中并不能很实际的反映基坑状况，尤其无法满足考虑围护结构变形下的土压力计算。宰金珉根据土压力作用机理，给出了土压力大小与挡土墙的高度，刚度和变形的关系［2-4］。陈页开等人在充分考虑土体与基坑结构的相互作用的基础上，也提出了新的土压力计算模型［1］。

随着这些较为实际的计算方法和模型的研究发现，使得基坑支护工程在结构和土体计算上也得到了很大的发展，为基坑工程的建设提供了越来越科学的计算依据。

1 经典土压力理论简介

1.1 朗肯土压力理论

19世纪50年代英国学者朗肯通过研究半无限空间状态下结构和土的应力状态和极限平衡状态，给出了主动土压力和被动土压力条件下粘性土和非粘性土的简明土压力计算公式。该法假设墙体直立、光滑，忽略了结构与土的摩擦，导致计算结果会有少量偏差。

1.2 库仑土压力理论

库仑土压力理论由法国学者库仑提出，假定梯形挡土墙后土楔为刚体，土楔与土还有墙之间的摩擦均匀分布，计算主动和被动条件下滑动土楔的静力平衡条件。计算相对朗肯土压理论更为复杂。

2 工程概况

拟建建筑物为一幢4层三产配套用房，框架结构，设2层地下室，工程桩采用灌注桩。

本工程±0.00相当于黄海高程7.400。拟建场地现为空地，场地地坪略有起伏，勘探期间场地自然地面高程5.30～6.48左右。拟建2层地下室，一层自行车库与一层汽车车库，地下室底板顶面标高－7.350、配电房底板顶面标高－8.200、电梯井板顶面标高 －8.800、板厚600，地梁高约 1 300，承台高 1 500，素混凝土垫层100，碎石垫层150，按承台底为计算开挖面，场地地坪以平整后 －1.500 考虑，基坑开挖深度7.6 m，8.45 m，电梯井板底开挖深度8.05 m。基坑围护结构安全等级定为Ⅰ级，基坑东侧地表超载取15 kPa均布荷载+50 kPa的条形房屋荷载，其余三侧地表超载取道路荷载25 kPa。

拟建场地现为空地，地势略有起伏。基坑东侧、南侧为高层居民住宅区，桩基础，基坑北侧、西侧为市政道路，人行道与道路下埋设有雨水管道、给水管道、通讯管道、污水管道、电力管道。地下室外边线离东侧、南侧居民楼约6 m，离北侧、西侧道路仅2 m～3 m，场地用地条件非常紧张。

3 岩土工程条件

3.1 地形、地下水

拟建场地位于钱江南岸冲—海积平原，上部以砂质粉土为主。拟建场地现为空地，在场地中部原有一条河道通过，后被前期土建施工弃土填埋形成暗塘，局部为塘渣所填，场地略有起伏，地面高程5.3～6.5。孔隙潜水赋存于上部砂质粉土中，地下水受大气降水及地表水补给，地下水位受季节性及气候影响，常年水位约在1.00 m～1.20 m，雨季时可达地表，勘察期间测得地下水位埋深 1.60 m ～2.40 m。

3.2 地层结构特征

基坑开挖影响范围内土层自上而下分布如下:

①-0填土:杂色，松散。主要由粉土、碎石及砖瓦等建筑垃圾组成，层厚1.0 m ～2.7 m。

①-2砂质粉土:灰黄～灰色，稍湿，稍密、中压缩性，全场分布，层厚3.30 m ～5.10 m。

③-1淤泥质粘土:灰色，饱和、流塑，高压缩性。薄层理发育，呈“千层饼”状均匀分布，层面上附粉砂，全场分布，层厚22.10 m～24.80 m。

⑤-2-1粉质粘土:灰褐色，饱和、软塑，中压缩性，层厚5.30 m～7.20 m。

4 支护方案

根据给出的岩土工程条件以及相关现场条件，可知场地地表5 m深度范围内为透水性强的杂填土和砂质粉土，基底为25 m的深厚淤泥，基底淤泥土土质差、强度低、变形大，在基坑开挖过程中易产生较大的土体位移，须加强对于基坑周围土体的改善及对基坑支护工程的重视。同时基坑紧邻居民和道路，无放坡空间，场地用地条件紧张，无法进行相关土体加固改善措施，同时基坑周边可用场地较少，也导致了基坑堆载对基坑的支护提出较高的要求，而基坑东侧为多层砖混居民楼群，该楼群采用筏基或天然基础，极易受到本工程建设的影响。所以综合考虑，工程为保证施工的安全，也为保证工程施工对周围环境的影响在最小范围内，工程施工可采用钻孔灌注桩及两道钢筋混凝土支撑的支护方式作为基坑建设的主要支护措施，并坑外采用三轴水泥搅拌桩止水，同时坑外预设自流深井应急井，从而保证基坑内部施工时可以尽可能的减少对周围建筑物的影响。

5 基坑支护结构分析计算

本文采用该工程1—1剖面进行计算分析，采用北京《理正深基坑支护结构设计软件》V6.5版进行计算。计算时取基本设计参数分别为围护等级Ⅰ级，侧壁重要性系数1.1，混凝土强度等级C30，主筋HRB400，围护桩刚度折减系数0.85。取土层参数如表1所示。

表1 土层参数

通过软件计算得到的包络图及地表沉降图如图1，图2所示。

6 施工注意事项

通过基坑支护结构计算分析，可以保证工程施工对周围环境的影响处在安全范围内，同时工程自身建设也能满足需求。但从考虑工程安全性及文明施工的角度出发，工程在施工过程中也还需要注意以下几点:

1)本工程用地紧张，若场地周边有配电房等障碍物影响围护桩施工时，须提前通知建设单位和设计单位进行调整。

图1 结构内力包络图

图2 基坑周边地表沉降值

2)基坑周围用地红线范围内堆载不得超过15 kPa，支撑上严禁堆载，任何机械设备、车辆均不得直接在支撑上行走，应先在支撑两侧填土，填土须高出支撑顶面400，然后在其上铺设路基箱后方可在其上通行机械车辆。

3)土方开挖应严格根据设计工况，按照“分层、分块、对称、平衡、限时”的原则进行，具体应结合后浇带位置采用分块、分层进行开挖，坑内土方开挖过程中应注意控制土坡的高差(不应大于1.5 m)和坡度(不大于1∶2)，防止坑内土体滑坡。

7 结语

基坑支护技术涉及因素很多，适合工程的安全支护方案是工程建设最为关键的步骤，本文针对建筑基坑支护的问题，简单介绍了相关支护措施和支护计算方案，并结合工程实际案例，提出了使用的基坑支护方案，同时利用理正深基坑支护结构设计软件对支护结构的支撑部分进行分析，确保基坑支护的安全性，最后再附上相关施工注意事项，保证工程建设施工的安全与可靠。

［1］陈页开，徐日庆，任 超，等.基坑开挖的空间效应分析［J］.建筑结构，2001(10):42-44.

［2］梅国雄，宰金珉.考虑变形的朗肯土压力模型［J］.岩石力学与工程学报，2001(6):851-854.

［3］梅国雄，宰金珉.考虑位移影响的土压力近似计算方法［J］.岩土力学，2001(1):83-85.

［4］宰金珉，梅国雄.考虑位移的土压力模型研究［J］.南京建筑工程学院学报(自然科学版)，2001(1):9-20.

［5］赵 帅.基坑围护结构变形对土压力影响的研究［D］.北京:北京交通大学，2012.