深基坑支护设计浅析

郭挺

摘 要：本文从安全方面、区域性方面、综合性方面、时效性方面简要分析了深基坑工程的特点、并对深基坑支护结构类型进行了详细介绍，最后讲述了深基坑支护结构设计时常用的理论方法及其使用环境和条件。

关键词：深基坑；支护结构；设计

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）09-0036-01

1 深基坑工程特点

1.1 基坑支护体系安全储备小，风险较大

基坑支护一般为临时结构，支护体系在主体施工完毕后即完成任务，相比永久结构，其安全储备较小，风险较大，加上基坑工程设计理论不完善，施工质量不稳定，使得基坑工程风险更大。

1.2 区域性强

我们都知道土是由固体、液体、气体组成的，土的性质受到很多因素的影响而使得岩土工程的区域性非常强，但是基坑工程具有更强的区域性，如沙土、软粘土、黄土等地质条件不同的地基中基坑工程的地域差异性非常大。

1.3 综合性强

设计基坑工程时，需要综合考虑总体结构特点、岩土工程特点等相关知识，基坑工程涉及变形、稳定和渗流等土力学中的一些基本知识，因此基坑工程的设计需全面考虑各方面的相关因素，进而达到综合处理的目的。

1.4 时空效应较强

基坑的平面形状和深度都会直接对基坑支护体系的变形特性和稳定性造成很大影响，因而设计基坑工程时必须充分考虑其空间效应的影响，同时由于土的蠕变性的影响，基坑工程的设计还需考虑其时间效应。

1.5 基坑工程的环境效应较强

对基坑进行挖掘必然对周围环境造成很大影响，如基坑地下水位发生变化、地基应力场变化，进而导致地基周围的土体发生形变，最终影响了周边建筑物和地基周围的地下管线的正常使用。

2 深基坑支护结构类型

2.1 钢板桩支护

钢板桩支护是一种简便、实惠的深基坑支护方法。过去较多使用在一些软土地区，但是因为钢板桩的柔性相对来说比较大，如果使用过程中对锚位和支撑系统的设置不恰当，钢板桩支护容易发生较大变形。因此可见，除非设置许多层支撑系统或多个锚位杆，否则不宜在基坑深度大于7m的软土层中使用钢板桩来作为支护系统，但是采用多层支付结构或多个锚位杆后会使得施工结束后很难拔除钢板桩，同时拔除钢板桩也会对地基周围造成很大影响。

2.2 地下连续墙

它是在采用泥浆进行护壁的情况下利用分槽段的方式建筑的钢筋混泥土结构墙体，具有刚度大、防渗透性好，这种墙体在地下工程中得到了非常广泛的应用，比较适用于砂土、软粘土等位于地下水水位以下的地层条件，尤其是需要将墙体插入非常深的情况，如存在深层软土于基坑地面以下。地下连续墙不仅可以在对基坑的施工时起到挡墙围护的作用，还能拟作为主体结构的侧墙。

2.3 柱列式灌注桩、排桩支护

前者主要有两种布置方式，第一种为桩与桩间必须存在一定间隔距离进行布置。第二种为桩与桩紧紧挨着、边缘相切的布置方式。柱列式灌注桩具有非常强的刚度，能用来作为维护结构，起到挡土的作用，但是前提是这种灌注桩需在桩顶浇注大面积的钢筋混泥土帽梁以进行桩与桩之间的连接。

2.4 内支撑和锚杆支护

内支撑和锚杆作为基坑围护结构墙体的支撑结构，其对地层周边变形的控制、保证基坑稳定性具有非常重要的意义。目前较常用的内支撑结构有钢筋混凝土结构、钢结构两种。钢筋混凝土支撑结构是一种最近几年才慢慢发展起来的一种新型支撑结构，常在挖土深度不断加深的过程中利用模板或土摸进行现场浇灌，钢筋混凝土支撑的具有刚度大、不易变形的特点，能够很好的防止挡墙四周地层的变形，较使用于基坑深度大、周边环境要求高的地区。

3 支护结构设计理论方法

3.1 极限平衡法

这种方法目前仍是基坑设计人员非常熟悉的设计方式，在设计发展初期这种方法得到设计人员的普遍使用，但是目前使用情况大大减少。极限平衡法计算简便，在支护结构的内力计算时，不仅需要采取弹性地基反利法，还需要极限平衡法来计算并确定嵌固深度。同时，极限平衡法计算还适用于地层环境较稳定、空间效应不特别明显、环境简单的基坑支护结构等情况。可以看出，极限平衡法的这些广泛的应用场景使得它在未来一段时间内也必将得到一定程度的应用。目前我国应用较多的为静力平衡法和等值梁。

3.2 土抗力法

又叫地基反力法或基床系数法。土抗力法已经在分析横向受荷桩中得到了广泛而普遍的应用，如果根据地基反力的不同来划分，可分为极限地基、弹性地基和复合地基反力法3种。其中线性弹性地基反力法师目前我国最广泛应用的方法，即将地基反力系数假定为深度的线性函数的方法。随着计算机技术的不断发展，土抗力法也向其他抗力法一样开始采用数值解法。目前得到推广应用的弹性地基反力法主要基于弹性地基梁分析方法，然后结合分析横向受荷桩的方法进行改进而得来。该方法将支撑结构进行简化，得到与弹性模量和截面积相关性较大的二力杆弹簧，土对梁通常可以使用土弹簧来模拟其地基反力，土弹簧系数即为地基土的水平基床系数。

3.3 有限元分析法

有限元分析法把整个基坑作为一个空间结构体系，并对支护结构的变形、内力以及时间、环境等因素进行充分考虑。有限元分析主要有二维和三维两种有限元分析。其中，二维有限元分析法用水平和竖直两个平面来代替空间形式的基坑结构体系，并采用弹性杆系有限元法对这两个平面分别进行分析、求解，最后综合这些分析结果，便可得出该基坑支护结构的总体分析结果。此方法在一定程度上有三维分析的特征，但是把水平和竖直两个面分开来分析，缺陷明显。三维有限元分析法取目标空间的某一区域为求解域，利用六面體八节点等参元模拟土体和围护墙，利用四线段形成的固体单元来对空间接触单元进行模拟，同时采用空间杆单元对支撑构件进行模拟，并整体分析求解目标区域的结构，以得到总体分析结果。