關(guān)于基坑設(shè)計的幾點思考

劉科成

摘要：基坑支護是建筑的基礎(chǔ)工程，在很大程度上與工程的整體質(zhì)量息息相關(guān)，嚴(yán)格把控好基坑支護設(shè)計對工程的順利建設(shè)有著極其深遠(yuǎn)的意義。本文針對基坑設(shè)計概述，基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計，基坑設(shè)計的細(xì)節(jié)處理以及未來研究的方向進行了分析。

關(guān)鍵詞：基坑設(shè)計；基坑支護

引言

在深基坑工程的不斷發(fā)展過程中，不僅其深度在不斷地增加，橫向發(fā)展也在不斷的擴大。這種情況下極大的考驗了支護系統(tǒng)的性能，為大面積深坑提供最為有效和穩(wěn)定的支護已經(jīng)成為現(xiàn)在研究的一個主流課題。因此，在深基坑工程施工前必須做好詳細(xì)的土質(zhì)檢測，并根據(jù)土壤的特性設(shè)計相應(yīng)的施工方案。

一、基坑設(shè)計概述

支護基坑工程的設(shè)計計算理論已經(jīng)日臻完善，國家規(guī)范、行業(yè)規(guī)范和地方標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)出臺，這為保證支護基坑的設(shè)計和設(shè)計質(zhì)量創(chuàng)造了良好的前提條件。但支護基坑工程往往被視為臨時工程，設(shè)計和設(shè)計所取的安全系數(shù)較低，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件又復(fù)雜，再加上設(shè)計監(jiān)管的力度較弱，因此工程坍塌事故較多。目前很多地方5m及以上深度的支護基坑都要經(jīng)過專家論證，但基坑坍塌事故仍有發(fā)生，嚴(yán)重地危害了廣大人民群眾的生命和財產(chǎn)安全。只要支護基坑工程的設(shè)計質(zhì)量與安全的管理和監(jiān)控到位，基坑坍塌事故是完全可以避免的。工程實踐表明，支護基坑工程的設(shè)計與設(shè)計緊密相關(guān)。有些工程雖然設(shè)計安全度比較大，但由于設(shè)計不當(dāng)而導(dǎo)致險情甚至事故出現(xiàn)；相反，有些工程雖然設(shè)計安全度比較小，但由于設(shè)計管理先進，設(shè)計措施合理，工程能夠順利進行。支護基坑的安全性及經(jīng)濟性在很大程度上取決與設(shè)計，一個合理的支護設(shè)計應(yīng)對支護基坑的設(shè)計要素有充分考慮，并對設(shè)計提出明確的要求。

二、基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、基坑支護結(jié)構(gòu)選型

深基坑支護的目的與要求是確?？颖诜€(wěn)定，施工安全；確保鄰近建筑物、構(gòu)筑物和管線安全；有利于挖土及地下室的建造：支護結(jié)構(gòu)施工方便、經(jīng)濟合理。支護體系的選用原則是安全、經(jīng)濟、方便施工，選用支護體系要因地制宜。一個優(yōu)秀的支護體系設(shè)計，要做到因地制宜，根據(jù)基坑工程周圍建（構(gòu)）筑物對支護體系變位的適應(yīng)能力，選用合理的支護型式，進行支護結(jié)構(gòu)體系設(shè)計。優(yōu)秀的設(shè)計，應(yīng)能較好地把握支護結(jié)構(gòu)安全變位量，使支護體系安全，周圍建筑物不受影響，費用又小。

2、基坑支護優(yōu)化的內(nèi)容

目前基坑支護優(yōu)化按其階段不同，可分為三級，第一級是進行基坑支護類型的選擇；第二級是設(shè)計優(yōu)化；第三級是施工過程的實時優(yōu)化?；拥膬?yōu)選，主要是采用定性的評價，根據(jù)基坑的周邊環(huán)境條件、地層條件，地下水埋藏條件各種支護類型的特點及適用條件，綜合進行支護類型的優(yōu)選，也有少量用模糊數(shù)學(xué)的方法進行支護類型的優(yōu)選。第二級是支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化也稱細(xì)部優(yōu)化，是在支護類型方案確定之后，對具體類型方案的細(xì)部進行優(yōu)化計算，如錨桿或支撐點的位置和層數(shù)、支護樁的樁徑、樁距、插入深度等優(yōu)化。優(yōu)化目標(biāo)是使支護系統(tǒng)總體造價為最小，工期最短，環(huán)境影響最小。這種優(yōu)化最簡單的方法是規(guī)范規(guī)定的彈性抗力法即m法，它通過支護系統(tǒng)位移，最大彎矩，剪力等計算，優(yōu)選出合適的設(shè)計計算方法。此外，還有通過數(shù)學(xué)模型進行優(yōu)化設(shè)計，其過程是選取設(shè)計變量，列出目標(biāo)函數(shù)給定約束條件后便可構(gòu)造出最優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，該模型通過各種算法，進行求解；第三級是面向施工過程的信息法施工，是方案設(shè)計及實施的過程中根據(jù)檢測的信息實施的優(yōu)化。

3、地質(zhì)、水文條件

場地的地質(zhì)情況和水文條件對基坑支護的設(shè)計而言是關(guān)鍵性的因素?；又ёo設(shè)計在場地地質(zhì)和水文條件好的情況下較為簡單、經(jīng)濟。在基坑深度較淺且周邊環(huán)境不復(fù)雜的情況下，一般采用放坡或用土釘墻支護的形式即可；但在相同的基坑深度和周邊環(huán)境條件下，若場地的地質(zhì)和水文條件較差，基坑設(shè)計可能要采用樁錨支護、加內(nèi)撐的支護樁支護，或者是地下連續(xù)墻支護等。而且，在基坑支護計算中，土的抗剪強度指標(biāo)中粘聚力和內(nèi)摩擦角也很重要，其決定著支護剖面的計算，并且它們在不同地質(zhì)條件下的取值也有不同。另外，為防止地下水的影響，通常做法是設(shè)止水帷幕，常用的止水帷幕為攪拌樁、旋噴樁或三墻合一的地下連續(xù)墻。

4、土壓力方面的研究

土壓力是基坑側(cè)壁作用在支護結(jié)構(gòu)上的主要荷載，土壓力的大小受土體位移等因素的影響，且在基坑開挖過程中，作用在支護結(jié)構(gòu)上的土壓力是不斷變化的，確定巖土體條件和不同工況下土壓力的大小對確定支護結(jié)構(gòu)的類型和結(jié)構(gòu)尺寸的大小至關(guān)重要。近年來關(guān)于基坑開挖與支護方面的規(guī)范相繼出臺，這對指導(dǎo)工程設(shè)計與施工作用甚大，通過不斷的工程實踐和理論研究分析，人們不斷的加深了對土壓力的理解認(rèn)識。

三、基坑設(shè)計的細(xì)節(jié)處理

基坑設(shè)計中往往有些細(xì)節(jié)如果處理到位可以使得基坑位移變形的控制達(dá)到事半功倍的效果。比如采用SMW工法樁支護時，往往會碰到因為自身水泥強度不足導(dǎo)致坑底換撐處的水泥被壓碎而引起位移增大的情況，因此設(shè)計時可以要求基坑施工時，鑿除SMW工法樁基坑內(nèi)側(cè)的水泥，換撐直接頂在型鋼樁側(cè)，可以防止工法樁自身水泥被壓碎而導(dǎo)致位移增大，這樣一個簡單的細(xì)節(jié)處理可以很好地控制基坑變形。筆者還遇到過一個項目，基坑同一平面上采用了混凝土支撐和錨桿支護2種支護方式，由于支撐和錨桿剛度差較大，支撐和錨桿分界處的冠梁往往會出現(xiàn)較大的位移差，導(dǎo)致冠梁拉裂的情況，因此設(shè)計時可將錨桿的支護范圍延至支撐內(nèi)，使得支撐到錨桿有個平穩(wěn)的過渡轉(zhuǎn)換，不至于造成冠梁拉裂。還比如當(dāng)碰到軟土基坑時，坑底位移往往較大，設(shè)計時可以要求施工到底板時，將底板延至樁側(cè)，因為底板的水平剛度很大，可以減小樁的懸臂長度，有效地控制位移，尤其是對懸臂樁而言，可以很大程度上減小圍護樁的位移。上述一些細(xì)節(jié)的經(jīng)驗處理需要在實際工程中不斷地思考總結(jié)，往往會在基坑變形控制方面發(fā)揮意想不到的效果。

四、未來研究的方向

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，城市中高層建筑越來越密集，建筑物周邊地下設(shè)施變得錯綜復(fù)雜，影響深基坑支護的因素變得不確定和復(fù)雜多樣。由于在支護方案的優(yōu)選和支護構(gòu)件的優(yōu)化方面研究的并不深入系統(tǒng)。目前關(guān)于基坑開挖與支護方面的研究還存在以下幾個方面的問題。

（1）我們在進行土壓力計算時，無論采用庫倫土壓力理論還是朗肯土壓力理論都是在一定的理想假設(shè)條件下，對于這種理論的探索有待于我們進一步深化研究。

（2）基坑在受到大雨沖刷和浸泡下，土體的物理性能發(fā)生變化，這樣會與原來力學(xué)性能有較大的差別，到底影響的程度如何，會產(chǎn)生一個什么樣的結(jié)果缺少一個準(zhǔn)確的可靠性的理論分析和應(yīng)對措施。

（3）在計算中忽視了深基坑內(nèi)外通常存在較大水位差的實際情況，忽視了滲流效應(yīng)對土壓力的影響。

（4）支護墻后土與支護樁墻壁之間必定存在一定的摩擦力，而在現(xiàn)行計算中卻沒有考慮。同時在計算中還沒有考慮基坑的空間效應(yīng)，計算結(jié)果誤差較大。

結(jié)束語

綜上所述，我們在不斷學(xué)習(xí)、探索基坑設(shè)計理論的同時，也要重視經(jīng)驗的積累，對設(shè)計過的項目進行總結(jié)分析，最后還要關(guān)注基坑設(shè)計的最新發(fā)展動態(tài)，要用發(fā)展的眼光看待基坑設(shè)計，這樣才能做到規(guī)范所要求的安全適用、保護環(huán)境、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、確保質(zhì)量。

參考文獻

[1]彭典華.淺談深基坑工程的支護技術(shù)[J].山西建筑，2009，35（27）99-100

[2]張進.支護基坑工程中若干設(shè)計問題分析[J].中國建設(shè)信息.2010（15）：59-60.