基坑支护结构设计与施工关键技术研究

李博 沈阳恒岩建设有限公司

一、基坑设计的特点

1.基坑工程的区域性强，同一般的建筑工程相比，深基坑工程的区域性更强。由于各地区的地质差别较大，例如各地区的黄土、砂土、软粘土等条件往往有着较大的区别，这都会对工程设计和施工造成较大的影响。根据工程勘察结果显示，一个地区的水文地质条件都会存在较大的区别，这需要在施工的过程中，根据实际情况，采取不同的施工策略，真正做到因地制宜。

2.个性化。很多基坑工程在市中心进行建设，这些地区的环境条件往往差别较大，周围的建筑分布和管网分布差别较大，这些都对基坑的变形抵御能力存在非常密切的联系。

3.基坑工程的综合性。基坑工程是一个综合性的工程，会涉及土压力理论、土体变形理论、地下水渗流理论等三个问题，这些问题都不能进行孤立考虑，它们之间存在着比较强烈的耦合关系，一旦其中任何一个环节没有处理好，都会对工程质量造成非常大的影响。

4.时空效应。在基坑工程施工过程中，经常会遇到蠕变性的土体，随着时间的延长，这些土体的强度会变低，严重影响到土体的稳定性。环境效应。在基坑工程对周围环境的影响往往是比较直接的。例如在基坑开挖的过程中，如果对土体当中的应力进行释放，就会影响到土体应力的分布。此外，在基坑开挖过程中，还会进行抽水，这会导致周边地下水位的下降，对地下渗流造成影响。在这些因素的作用下，很容易对周围土体造成较大的影响，进而造成周围土体下沉现象的出现，如果处理不当，很容易造成事故的发生。工程量大、工期比较紧。随着基坑工程规模的不断增加，土方开挖的工作量往往会比较大，然而留给的工期往往比较紧张，对工程管理往往有比较高的要求，不仅要保证工程的质量和经济效益，还应该保证工程按期完工。

二、基坑工程设计的计算方法和相关设计软件

极限平衡法是当前应用最多的工程计算方法，由于求解的超静定问题，且求解相对比较简单，工程应用最多，特别是简单的悬臂和单点支护结构，非常适合采用这种分析方法。等值梁法是通过假设铰来求解支挡结构内力，因此该方法也称作假想铰法。具体来说，首先假设假想铰的位置，即挡土结构变形曲线的反弯点。通常是先假设反弯点为土压力为零的那一点或是挡土结构入土面的那点，也有方法是假定反弯点距离入土面深度为y，该y值可根据地质条件和结构特性确定，一般为0.1～0.2倍开挖深度。由于铰结点处弯矩为0，因此可以按照连续梁假设来求解挡土结构的弯矩、剪力和支撑轴力。挡土结构的内力分析还可采用解析方法和数值方法。常用解析方法有山肩邦男法、弹性法和弹塑性法等。这些方法的基本理论是首先将挡土结构划分成数个子区间，在此基础上，分析和建立微分方程，然后引入连续性条件和边界条件，并求解微分方程，从而可以得到内力和支撑轴力。随着软件技术的高速发展，在基坑工程设计中的应用越来越多，在工程设计过程中，主要采用天汉软件、理正深基坑软件和PLAXIS几款软件。

三、深基坑支护施工阶段的控制要点

1.边坡修理应达到设计、规范要求，常存在超挖和欠挖现象。一般深基础在开挖时均使用机械开挖、人工简单修坡后即开始挡土支护的砼初喷工序。而在实际开挖时，由于施工管理人员不到位，技术交底不充分，分层分段开挖高度不一，挖机械操作手的操作水平等因素的影响，使机械开挖后的边坡表面平整度，顺直度极不规则，而人工修理时不可能深度挖掘，只能就机挖表面作平整度修整，在没有严格检查验收就开始初喷，故出现挡土支付后出现超挖和欠挖现象。

2.土层开挖和边坡支护应配套，常见支护施工滞后于土方施工很长一段时间，而不得不采取二次回填或搭设架子来完成支护施工。一般来说，土方开挖技术含量相对较低，工序简单，组织管理容易。而挡土支护的技术含量高，工序较多且复杂，施工组织和管理都较土方开挖复杂。所以在施工过程中，大型工程均是由专业施工队来分别完成土方和挡土支付工作，而且绝大部分都是两个平行的合同。这样在施工过程中协调管理的难度大，土方施工单位抢进度，拖工期，开挖顺序较乱，特别是雨期施工，甚至不顾挡土支护施工所需工作面，留给支护施工的操作面几乎是无法操作，时间上也无法完成支护工作，以致使支护施工滞后于土方施工，因支护施工无操作平台完成钻孔、注浆、布网和喷射砼等工作，而不得不用土方回填或搭设架子来设置操作平台来完成施工。这样不但难于保证进度，也难于保证工程质量，甚至发生安全事故，留下质量隐患。

3.喷射砼厚度应按设计要求。目前建筑工程基坑支护喷射砼常用的是干拌法喷射砼设备，其主要特点是设备简单、体积小，输送距离长，速凝剂可在进入喷射机前加入，操作方便，可连续喷射施工。虽然干喷法设备操作简单方便，但由于操作手的水平不同，操作方法和检查控制等手段不全，混凝土回弹严重，再加上原材料质量控制不严、配料不准、养护不到位等因素，往往造成喷后砼的厚度不够、砼强度达不到设计要求。

4.成孔注浆应按相关规范设计要求，土钉或锚杆受力应打到设计要求。深基坑支护所用土钉或锚杆钻孔直般为100～150mm的钻杆成孔，孔深少则五、六米，深则十几米，甚至二十多米，钻孔所穿过的土层质量也各不相同，钻孔如果不认真研究土体情况，往往造成出渣不尽，残渣沉积而影响注浆，有的甚至成孔困难、孔洞坍塌，无法插筋和注浆。再者注浆时配料随意性大、注浆管不插到位、注浆压力不够等而造成注浆长度不足、充盈度不够，而使土钉或锚杆的抗拔力达不到设计要求，影响工程质量，甚至要做再次处理。

四、结束语

随着我国经济的高速发展，各种基坑工程越来越多，对工程设计和施工提出了更高的要求，需要我们在立足工程实际的基础上，合理对工程设计方法和施工方法进行选择，不断创新工程设计和施工工艺技术，同时做好施工管理工作。