浅谈基础工程施工中的深基坑支护设计与施工

徐华盛

[摘要]本文主要分析了岩土工程中深基坑支护设计和施工存在的问题，并提出相应的处理对策，以期在今后的工程实践中不断总结和提高技术水平，为发展深基坑工程的理论和实践做出贡献。

[关键词]岩土工程 深基坑 施工

[中图分类号] TU46+3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-7-320-1

0前言

随着我国高层、超高层建筑的发展和人们对地下空间的开发和利用日益增多，基坑工程不仅数量增多，而且向着更大、更深的方向发展，随之支护结构设计计算、施工中的许多问题逐步凸现出来。因此，对深基坑支护的安全问题，工程技术人员应予以高度重视。

1深基坑支护设计中存在的问题

1.1支护结构设计中土体的物理力学参数选择不当

深基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其安全度，但由于地质情况多变且十分复杂，要精确地计算土压力目前还十分困难，至今仍在采用库伦公式或朗肯公式。关于土体物理参数的选择是一个非常复杂的问题，尤其是在深基坑开挖后，含水率、内摩擦角和粘聚力三个参数是可变值，准确计算出支护结构的实际受力比较困难。

在深基坑支护结构设计中，如果对地基土体的物理力学参数取值不准，将对设计的结果产生很大影响。实验数据表明：基坑开挖前、后，土体的内摩擦角值一般相差5°，而产生的土体的主动土压力也不相同；而原土体的内凝聚力与开挖后土体的内凝聚力，则差别也大，一般在6kPa以上，施工工艺和支护结构形式不同，对土体的物理力学参数的选取也有很大影响。

1.2基坑土体的取样不具有代表性

在深基坑支护结构设计之前，必须对地基土层进行取样分析，以取得土体比较合理的物理力学指标，为支护结构的设计提供可靠的依据。一般在深基坑开挖区域2～3倍范围内，按相关规范的要求进行钻探取样。由于为了减少勘探的工作量和降低工程造价，不能钻过多钻孔；因此，所取得的土样有时就有一定的随机性和不完全性。但是，地质构造是复杂和多变的，这样取得的土样的数据不具代表性，因此不可能全面反映土层的真实情况。因此，引致支护结构的设计也就不完全符合实际的地质现状。

1.3支护结构设计计算与实际受力不符

目前，深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论，但支护结构的实际受力并不那么简单。工程实践证明，有的支护结构按极限平衡理论计算的安全系数，从理论上讲是绝对安全的，但却发生破坏：有的支护结构却恰恰相反，即安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中却获得成功。

2深基坑支护设计的改进方法

2.1转变传统的设计理念

近十几年来，我国在深基坑支护技术上已经积累很多实践经验，收集了施工过程中的一些技术数据，已初步摸索出岩土变化支护结构实际受力的规律，为建立深基坑支护结构设计的新理论和新方法打下了良好的基础。但是，对于深基坑支护结构的设计，国内外至今尚没有一种精确的计算方法，目前仍处于摸索和探讨阶段。我国也没有统一的支护结构设计规范，土压力分布还按库伦或朗肯理论确定，支护桩仍用“等值粱法 进行计算，其计算结果与深基坑支护结构的实际受力悬殊较大，既不安全也不经济。

2.2建立变形控制的新的工程设计方法

目前，设计人员用的极限平衡原理是一种简便实用的常用设计方法，其计算结果具有重要的参考价值。但是，将这种设计方法用于深基坑支护结构，只能单纯满足支护结构的强度要求，而不能保证支护结构的刚度。众多工程事故就是因为支护结构产生过大的变形而造成的，由此可见，评价一个支护结构的设计方案优劣，不仅要看其是否满足强度的要求，而且还要看其变形大小。

3深基坑支护施工要点

3.1地下水控制

目前，降水主要有轻型井点及多层轻型井点、喷射井点、深井井点、电渗井点等。但降水过程中，由于含水层内的地下水位降低，土层内液压降低，使土体粒间应力，即有效应力增加，从而导致地面沉降，严重时地面沉降会造成相邻建筑物的倾斜与破坏，地下管线的破。另外，在坑内降水时，如果降水深度过深，由于水位差增加，易出现管涌，造成工程事故。

为此，施工决策前，需要了解施工中可能发生的各种情况及其危害程度，以便提出最佳决策方案，获得最佳经济效益及保障施工安全。为了防止由于降水引起的各类意外事故，可采取下措施：（1）基坑四周设置的如果是不渗水挡土墙，可取消坑外降水；（2）在坑外降水同时，在其外侧（受保护对象之间）同时进行回灌；（3）尽量减少初期的抽水速度，使降水漏斗线的坡度放缓；（4）控制坑内降水深度，一般降水深度在基坑开挖面以下0.5～1.0m；（5）合理确定挡土墙的入土深度，防止管涌。

3.2深基坑施工监测

当前，基坑支护设计尚无成熟的方法用以计算基坑周围的土体变形，施工中通过准确及时的监测，可以指导基坑开挖和支护，有利于及时采取应急措施，避免或减轻破坏性的后果。

基坑支护监测一般需要进行下列项目的测量：监控点高程和平面位移的测量；支护结构和被支护土体的侧向位移测量；基坑坑底隆起测量；支护结构内外土压力测量；支护结构内间隙水压力测量；支护结构的内力测量；地下水位变化的测量；邻近基坑的建筑物和管线变形测量等。深基坑施工监测有如下特点：

3.2.1时效性

普通工程测量一般没有明显的时间效应。基坑监测通常是配合降水和开挖过程，有鲜明的时间性。测量结果是动态变化的，一天以前（甚至几小时以前）的测量结果都会失去直接的意义，因此深基坑施工中监测需随时进行，通常是1次/d，在测量对象变化快的关键时期，可能每天需进行数次。基坑监测的时效性要求对应的方法和设备具有采集数据快、全天候工作的能力，甚至适应夜晚或大雾天气等严酷的环境条件。

3.2.2高精度

普通工程测量中误差限值通常在数毫米，例如60m 以下建筑物在测站上测定的高差中误差限值为2.5mm，而正常情况下基坑施工中的环境变形速率可能在0.1mm/d以下，要测到这样的变形精度，普通测量方法和仪器部不能胜任，因此基坑施工中的测量通常采用一些特殊的高精度仪器。

4结论

由以上论述得知，基坑的开挖与支护结构是一个系统工程，涉及工程地质、水文地质、工程结构、建筑材料、施工工艺和施工管理等多方面。它是集土力学、水力学、材料才学和结构力学等于一体的综合性学科。支护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体。正因如此，无论是结构设计还是施工组织都应当从整体功能出发，将各组成部分协调好，才能确保它的安全可靠、经济合理。