浅谈建筑深基坑支护结构设计

陈威宇

摘 要：近年来，高层建筑的兴起，有效地推动了建筑施工技术的发展，深基坑支护是当前建筑施工中广泛应用的重要技术，对于施工的安全性和质量具有直接的影响，所以加强建筑深基坑支护结构的设计具有极其重要的意义。文章从基坑支护的设计内容、原则、方法入手，分析了深基坑支护结构设计时档墙选型及支撑体系选型，并进一步对支护结构的围护墙计算进行了具体的阐述。

关键词：深基坑支护；结构设计；探讨

目前在建筑施工中，基坑支护设计是其中十分重要的部分，由于基坑支护设计受到较多因素的影响，所以在进行设计时需要对其设计的科学和合理进行充分的考虑，确保施工的安全。

1 基坑支护的设计内容

在通常的基坑支护设计中，其设计内容多数是以支护体系的方案比较和造型，支护结构的强度和变形验算为主。同时在设计时还要对土压力、水压力、地面超载、侧向荷载、施工荷载及邻近基础工程施工的影响进行充分地考虑，确保施工时的安全。

2 基坑支护结构的设计原则与方法

在进行基坑支护结构设计时，需要以安全可靠、经济合理及便于施工作为其设计的基础原则，并在此基础上选择适合的设计方法。在进行基坑支护结构设计时，需要依据极限状态表达式来进行，同时还要对支护结构的极限状态进行划分，通常以承载能力极限状态和正常使用极限状态为主。承揽能力极限状态其所对应的状况时支护结构已达到了最大限度的承载能力或是土体存在着失稳、变形严重从而导致支护结构或基坑周围环境受到破坏。而正常使用极限状态则是指支护结构发生变形已影响到结构施工的或是周边环境的正常使用功能。所以在进行基坑支护结构设计时，需要对其承载力极限状态进行计算，通过对土体稳定笥、结构承载力及锚杆、支撑的承载力和稳定性进行计算后，从而对极限状态进行掌握。另外对于支护结构变形有限定的基坑侧壁，则还需要验算基坑周边环境及支护结构变形的情况。

3 支护结构挡墙的选型

在基坑支护结构设计时，对于支护结构挡墙的选型会受到许多因素的影响，所以在选型时需要以满足施工要求为前提，尽可能的减少可能对周边环境所带来的影响，更利于施工及取得较好经济效益方面来进行考虑，在技术方面和经济方面进行相互对比后，选择最佳的挡墙选型。另外在进行挡墙选型时，还要充分的考虑到所选档墙与支撑选型、地下水位及挖土方案的配套性，确保选型的正确性和合理性。

3.1 钢板桩

比较常用的钢板桩有简易槽钢和热轧锁口两种，而热轧锁口钢板桩其主要以U型、Z型、一字型、H型和组合型等形式为主，通常情况下我国在基坑支护结构设计中多以U型钢板桩为主，通过相互咬接从而形成板桩墙，其他形式的较为少用，组合型的钢板桩往往只是在基坑较深时才能使用。

3.2 钢筋混凝土板桩

钢筋混凝土板桩应用的时间较为久远，可以称为传统的支护结构，其截面当有一定的挡水作用，而且在使用完后则作地基的一部分留在里面不再拔除。

3.3 钻孔灌注桩排桩挡墙

目前这种结构在施工中应用较为广泛，其是做成排桩挡墙，利用顶部浇筑钢筋混凝土圈梁来设成内支撑体系。由于挡墙具有较大的钢度，抗弯能力较好，具有较小的变形，所以无论是在土质较好地区还是在软土地区都可以使用，而且具有较好的经济性。但由于其需要永久的留在地基土中，所以会对以后地下工程施工造成一定的影响。当前由于技术限制，还无法做到完整的相切，桩之间还有一定的间隙，使挡水效果受到一定的影响，所以在需要进可以将其与深层搅拌水泥土桩挡墙进行组合使用，不仅有效地增强了抗弯能力，而且还起到良好的挡水作用。

3.4 H型钢支柱、木挡板支护挡墙

这种支护结构适用于土质较好、地下水位较低的地区，国外应用较多，国内也有应用。如某大厦深23.5m的深基坑即用这种支护结构，它将长27m的488mm×300mm的H型钢按1.1m间距打入土中，用三层土锚拉固。H型钢支柱按一定间距打入，支柱间设木挡板或其他挡土设施，用后可拔出回收重复使用，较为经济，但一次性投资较大。

3.5 地下连续墙

地下连续墙是当前深基坑施工中应用最多的支护结构，而且对于地下水较高的地区更具有适用性，许多地铁车站由于其紧临地下管线及地下的建筑物及构筑物，所以通常都会选择采用地下连续墙作为支护方案。

3.6 土钉墙

在进行基坑边坡支护时通常会采用土钉墙，其是将原位土体利用土钉加固后来确保基坑边坡的稳定性，其组成部分是土钉、钢丝网喷射混凝土面板和加固后的原位土体。利用土钉墙进行支护不信具有较好的经济性，而且施工简单，易于结构设计，通常在地下水位以上及具有良好密实度的砂土地层上使用。

4 支撑体系的选型

在深基坑施工中，当深度较大时，则需要利用支撑系统来加强悬臂档墙的强度的抗变形能力。支撑体系通常分为内支撑和外拉锚两种，对于较浅的基坑施工时采用内支撑，利用钢板桩挡墙将其固定在锚桩上，从而增加强度也有采用圆钢管和H型钢来增强挡墙的抗变形能力的，同时为了具有良好的预顶力，在利用钢结构支撑时可以采用液压千斤顶。也有采用钢筋混凝土支撑结构的。而在深度较大的基坑施工时，才会用到外拉锚。

5 支护结构的围护墙计算

5.1 荷载与抗力计算

支护结构挡墙需要承载的荷载较多，不仅有土压力和水压力，而且还有来自于地面的水平荷载。要想对这些荷载进行精确计算具有较大的难度，而且这其中存在着较多的影响因素，特别是土压力的计算，不光与土质有关，还要考虑到挡墙的刚度、施工方法、基坑空间及气候条件等等，所以在计算时往往会利用荷载和抗力公式化来进行计算。

5.2 支护结构计算

在设计时，对于深基坑，由于其地下连续墙和排桩应用的较多，而且所承受的荷载也十分复杂，不仅需要对通常情况下的荷载进行考虑，同时由于支护结构作为主体结构的一部分，还会受到来自于上部结构所传来的荷载及地震作用，对于温度变化和混凝土收缩和徐变所引起的变形及时空效应都要进行充分的考虑。排桩和地下连续墙支护结构的破坏，包括强度破坏、变形过大和稳定性破坏。其强度破坏或变形过大包括：拉锚破坏或支撑压曲，过多地增加了地面荷载引起的附加荷载，或土压力过大、计算有误，引起拉杆断裂，或锚固部分失效、腰梁破坏，或内部支撑断面过小受压失稳。为此需计算拉锚承受的拉力或支撑荷载，正确选择其截面或锚固体。

6 结束语

在实际施工中，深基坑支护可以选择的类型较多，所以需要根据施工的具体情况及相关的工程经验来进行选取，同时基坑支护作为一种结构体系，要设计时要充分地满足稳定性和变形的要求，具有良好的承载能力。同时在设计时还要根据具体的水文和地质条件来进行分析，从而确保支护结构的安全性、适用性和经济性。

参考文献

[1]余志成，施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2]李钟.深基坑支护技术现状及发展趋势（一）[J].岩土工程界，2008，（1）.