深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

劉利艷

摘 要：近年來(lái)建設(shè)行業(yè)發(fā)展的速度較快，建筑施工技術(shù)也得以較快的發(fā)展起來(lái)，深基坑施工作為建筑施工中非常重要的一項(xiàng)工作，其不僅具有復(fù)雜性，而且對(duì)技術(shù)要求也較高。所以需要對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確保其工程進(jìn)度、質(zhì)量和造價(jià)都能達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。文中從深基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)入手，對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了具體闡述。

關(guān)鍵詞：深基坑支護(hù)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；結(jié)構(gòu)類(lèi)型；技術(shù)難點(diǎn)

1 深基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在深基坑支護(hù)施工中，由于對(duì)其影響因素較多，所以需要在設(shè)計(jì)方案上要進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，明確的確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式、支撐和錨固系統(tǒng)、地下水控制及深基坑檢測(cè)等多方面的問(wèn)題，確保深基坑支護(hù)方案的合理性。

1.1 影響深基坑支護(hù)方案確定的主要因素

在進(jìn)行深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)其方案帶來(lái)影響的因素較多，不僅需要受到深基坑所處場(chǎng)地的土層及土質(zhì)物理學(xué)性質(zhì)的影響，同時(shí)還會(huì)受到周邊管線及臨近建筑物的影響，地下水的分布及水位的高也會(huì)對(duì)深基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的影響，另外還要在方案設(shè)計(jì)時(shí)充分的考慮到深基坑的形狀、主建筑物的位置、基坑深度、造價(jià)、工期及施工難度等多方面的因素，一旦在方案設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周全，則極易給工程施工帶來(lái)較大的影響。

1.2 深基坑工程總體方案主要有順作法、逆作法、順逆結(jié)合法

在深基坑工程施工中，順作法是較為傳統(tǒng)的施工方法，而且其施工工藝也較為成熟，支護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)也較為獨(dú)立，施工具有較好的便捷性。而逆作法是近幾年才開(kāi)始應(yīng)用的施工方法，其主要以地下室樓層梁板作為支撐，其支護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)處于結(jié)合的狀態(tài)，施工難度較大，但經(jīng)濟(jì)性較好。目前在一些施工中，通常會(huì)將順作法和逆作法有效的結(jié)合起來(lái)，利用中心位置順作，而周邊逆作的方式，充分的發(fā)揮這兩種施工方法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)推動(dòng)深基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展起到了積極的作用。

目前在深基坑工程施工時(shí)，通常利用排樁和地下連續(xù)墻來(lái)作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，這兩種圍護(hù)結(jié)構(gòu)都處具自身的優(yōu)勢(shì)。排樁多以混凝土灌注樁為主，不僅施工簡(jiǎn)單，而且能夠靈活進(jìn)行布置，成本較低。地下連續(xù)墻具有較好的整體性，防水性能也較好，但由于其工藝復(fù)雜，入巖難度較大，工程造價(jià)一直居高不下。

另外就是深基坑的錨固系統(tǒng)，經(jīng)常使用內(nèi)支撐和錨桿來(lái)進(jìn)行施工，內(nèi)支撐雖然能夠起到有效抑制變形的作用，而且也不需要侵入周邊的地下空間，但在施工完成后則需要拆除掉，費(fèi)工費(fèi)力，經(jīng)濟(jì)性較差。錨桿相對(duì)于內(nèi)支撐相比，其不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)性，而且能夠提供較大的空間，便于深基坑工程土方的開(kāi)挖和地下結(jié)構(gòu)的施工，但其由于需要侵入到周邊的土體，所以對(duì)變形能力控制較弱。

2 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型

2.1 懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)

是指不加任何支撐或錨，只靠嵌入基坑底下一定深度的巖土體平衡上部土體的主動(dòng)土壓力、地面荷載以及水壓力的支護(hù)結(jié)構(gòu)。有地下連續(xù)墻、排樁結(jié)構(gòu)。就該種支護(hù)結(jié)構(gòu)而言，其嵌入深度極為關(guān)鍵。但是因?yàn)榛拥滓陨喜糠殖蕬冶蹱顟B(tài)，不具有任何支點(diǎn)作用，樁頂位移及構(gòu)件彎矩值相對(duì)較大，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件有很高的要求。所以，該種結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛于基坑深度較小、土質(zhì)條件較好以及對(duì)基坑水平位移要求不高的基坑。

2.2 內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)

其結(jié)構(gòu)形式由內(nèi)支撐系統(tǒng)和擋土結(jié)構(gòu)組成。內(nèi)支撐為擋土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定提供足夠的支撐力，對(duì)兩端圍護(hù)結(jié)構(gòu)上所承受的側(cè)壓力加以平衡，一般鋼筋混凝土支撐和鋼支撐應(yīng)用較為普遍。擋土結(jié)構(gòu)主要承受基坑開(kāi)挖所產(chǎn)生的水壓力和土壓力，通常采取排樁和地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)形式廣泛應(yīng)用于市政工程施工中。

2.3 拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)

其結(jié)構(gòu)形式由擋土結(jié)構(gòu)和外拉系統(tǒng)組成。外拉結(jié)構(gòu)可分為兩種：錨桿（索）支護(hù)結(jié)構(gòu)和地面拉錨支護(hù)結(jié)構(gòu)。錨桿（索）支護(hù)是由擋土結(jié)構(gòu)及錨固于基坑滑動(dòng)面以外的穩(wěn)定土體的錨桿（索）組成。地面拉錨支護(hù)結(jié)構(gòu)由擋土結(jié)構(gòu)、拉桿（索）和錨固體組成。常用于深度及規(guī)模不大的基坑。

2.4 土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)

又叫土釘支護(hù)技術(shù)，是在原位土中密集設(shè)置土釘，并在土邊坡表面構(gòu)筑鋼絲網(wǎng)噴射混凝土面層，支護(hù)邊坡或邊壁主要借助面層、土釘以及原位土體三者的共同作用。同時(shí)，土釘墻體構(gòu)成了一個(gè)就地加固的類(lèi)似重力式擋土結(jié)構(gòu)。相較于已有各種支護(hù)方法，土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)具有更大的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的邊坡加固與基坑支護(hù)中。

2.5 復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)

復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)就是由地下連續(xù)墻、排樁、預(yù)應(yīng)力錨桿、土釘及噴射混凝土等組合形成的綜合性支護(hù)結(jié)構(gòu)。在綜合運(yùn)用各種支護(hù)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)工程造價(jià)低，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著，但由于綜合了各種支護(hù)結(jié)構(gòu)，要求設(shè)計(jì)和施工要有較高水平。

3 深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中技術(shù)難點(diǎn)分析

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向土壓力的計(jì)算

支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算，首先是土壓力的取值問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)普遍采用古典的朗肯土壓力理論，且假定支護(hù)結(jié)構(gòu)是豎直的，土壓力的作用方向水平，墻背光滑，不計(jì)土體對(duì)支護(hù)體的摩阻力。朗肯土壓力理論用到支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算上時(shí)，由于該理論的主動(dòng)土壓力和被動(dòng)力土壓力是建立在極限平衡狀態(tài)概念的基礎(chǔ)上。在實(shí)際工程中，由于支護(hù)結(jié)構(gòu)常常不允許產(chǎn)生達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)所需要的位移，實(shí)際的被動(dòng)土壓力一般均低于被動(dòng)極限值。因此，在進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，用朗肯土壓力理論計(jì)算所得到的被動(dòng)土壓力是偏大的，使用時(shí)需要折減。折減系數(shù)的取值與被動(dòng)區(qū)上體的土質(zhì)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的型式密切相關(guān)，應(yīng)根據(jù)被動(dòng)區(qū)土體的土質(zhì)和支護(hù)結(jié)構(gòu)型式，以及對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)位移限制的程度，采用不同的折減系數(shù)。

3.2 用H.B1um理論計(jì)算懸臂式板樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)

懸臂式板樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算，目前多用H.Blum理論來(lái)求解。此理論假定坑底出現(xiàn)的被動(dòng)土壓力近似地發(fā)生在彎點(diǎn)下面，并在這部分阻力的中心處（C點(diǎn)）用一個(gè)反力Rc來(lái)代替，支護(hù)樁插入深度t0用X來(lái)表示，它必須滿足圍繞C點(diǎn)使∑Hc=0的條件。由于土的阻力是向板樁方向逐漸增加，使用∑Hc=0的等式時(shí)會(huì)得到一個(gè)較小的插入深度，H.Blum建議計(jì)算所得的X增加20%，即插入深度t0=u+1.2X。

3.3 土水壓力的計(jì)算

長(zhǎng)期以來(lái)，在對(duì)深基坑側(cè)上壓力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，都是以朗肯理論和庫(kù)侖理論為基礎(chǔ)，但這兩種理論在使用過(guò)程中都存在著一些缺陷，如圍護(hù)墻達(dá)不到理論中的假設(shè)條件，同時(shí)還圍護(hù)墻的變形也缺乏考慮，理論中的計(jì)算依據(jù)缺乏科學(xué)性。實(shí)際開(kāi)挖的深入越大，則會(huì)導(dǎo)致圍護(hù)墻的變形和上壓力也會(huì)隨著發(fā)生變化。而且理論計(jì)算方法中，對(duì)于深基坑周?chē)嬖诘乃徊詈蜐B流效應(yīng)缺乏考慮，這就導(dǎo)致計(jì)算出來(lái)的土水壓力值的準(zhǔn)確性會(huì)與實(shí)際值之間存在著一定的差距。所以在進(jìn)行土水壓力時(shí)，需要考慮周全，不僅要對(duì)土體的應(yīng)力狀況和路徑進(jìn)行考慮，同時(shí)還要對(duì)孔隙水壓力和邊界條件等進(jìn)行充分的考慮。確保理論計(jì)算值與實(shí)際值之間相符合。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，深基坑在建筑工程施工中應(yīng)用的范圍較廣，由于其具有復(fù)雜、多變性，所以在施工方案考慮不周，極易導(dǎo)致突發(fā)問(wèn)題發(fā)生，給財(cái)產(chǎn)和人員安全帶來(lái)較大的威脅。所以需要加強(qiáng)對(duì)深基坑技術(shù)的研究力度，確保技術(shù)能夠得以不斷完善，更好的適應(yīng)當(dāng)前現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

參考文獻(xiàn)

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