关于基坑设计的几点思考

刘科成

摘要：基坑支护是建筑的基础工程，在很大程度上与工程的整体质量息息相关，严格把控好基坑支护设计对工程的顺利建设有着极其深远的意义。本文针对基坑设计概述，基坑支护结构设计，基坑设计的细节处理以及未来研究的方向进行了分析。

关键词：基坑设计；基坑支护

引言

在深基坑工程的不断发展过程中，不仅其深度在不断地增加，横向发展也在不断的扩大。这种情况下极大的考验了支护系统的性能，为大面积深坑提供最为有效和稳定的支护已经成为现在研究的一个主流课题。因此，在深基坑工程施工前必须做好详细的土质检测，并根据土壤的特性设计相应的施工方案。

一、基坑设计概述

支护基坑工程的设计计算理论已经日臻完善，国家规范、行业规范和地方标准也相应出台，这为保证支护基坑的设计和设计质量创造了良好的前提条件。但支护基坑工程往往被视为临时工程，设计和设计所取的安全系数较低，工程地质和水文地质条件又复杂，再加上设计监管的力度较弱，因此工程坍塌事故较多。目前很多地方5m及以上深度的支护基坑都要经过专家论证，但基坑坍塌事故仍有发生，严重地危害了广大人民群众的生命和财产安全。只要支护基坑工程的设计质量与安全的管理和监控到位，基坑坍塌事故是完全可以避免的。工程实践表明，支护基坑工程的设计与设计紧密相关。有些工程虽然设计安全度比较大，但由于设计不当而导致险情甚至事故出现；相反，有些工程虽然设计安全度比较小，但由于设计管理先进，设计措施合理，工程能够顺利进行。支护基坑的安全性及经济性在很大程度上取决与设计，一个合理的支护设计应对支护基坑的设计要素有充分考虑，并对设计提出明确的要求。

二、基坑支护结构设计

1、基坑支护结构选型

深基坑支护的目的与要求是确保坑壁稳定，施工安全；确保邻近建筑物、构筑物和管线安全；有利于挖土及地下室的建造：支护结构施工方便、经济合理。支护体系的选用原则是安全、经济、方便施工，选用支护体系要因地制宜。一个优秀的支护体系设计，要做到因地制宜，根据基坑工程周围建（构）筑物对支护体系变位的适应能力，选用合理的支护型式，进行支护结构体系设计。优秀的设计，应能较好地把握支护结构安全变位量，使支护体系安全，周围建筑物不受影响，费用又小。

2、基坑支护优化的内容

目前基坑支护优化按其阶段不同，可分为三级，第一级是进行基坑支护类型的选择；第二级是设计优化；第三级是施工过程的实时优化。基坑的优选，主要是采用定性的评价，根据基坑的周边环境条件、地层条件，地下水埋藏条件各种支护类型的特点及适用条件，综合进行支护类型的优选，也有少量用模糊数学的方法进行支护类型的优选。第二级是支护结构的设计优化也称细部优化，是在支护类型方案确定之后，对具体类型方案的细部进行优化计算，如锚杆或支撑点的位置和层数、支护桩的桩径、桩距、插入深度等优化。优化目标是使支护系统总体造价为最小，工期最短，环境影响最小。这种优化最简单的方法是规范规定的弹性抗力法即m法，它通过支护系统位移，最大弯矩，剪力等计算，优选出合适的设计计算方法。此外，还有通过数学模型进行优化设计，其过程是选取设计变量，列出目标函数给定约束条件后便可构造出最优化设计的数学模型，该模型通过各种算法，进行求解；第三级是面向施工过程的信息法施工，是方案设计及实施的过程中根据检测的信息实施的优化。

3、地质、水文条件

场地的地质情况和水文条件对基坑支护的设计而言是关键性的因素。基坑支护设计在场地地质和水文条件好的情况下较为简单、经济。在基坑深度较浅且周边环境不复杂的情况下，一般采用放坡或用土钉墙支护的形式即可；但在相同的基坑深度和周边环境条件下，若场地的地质和水文条件较差，基坑设计可能要采用桩锚支护、加内撑的支护桩支护，或者是地下连续墙支护等。而且，在基坑支护计算中，土的抗剪强度指标中粘聚力和内摩擦角也很重要，其决定着支护剖面的计算，并且它们在不同地质条件下的取值也有不同。另外，为防止地下水的影响，通常做法是设止水帷幕，常用的止水帷幕为搅拌桩、旋喷桩或三墙合一的地下连续墙。

4、土压力方面的研究

土压力是基坑侧壁作用在支护结构上的主要荷载，土压力的大小受土体位移等因素的影响，且在基坑开挖过程中，作用在支护结构上的土压力是不断变化的，确定岩土体条件和不同工况下土壓力的大小对确定支护结构的类型和结构尺寸的大小至关重要。近年来关于基坑开挖与支护方面的规范相继出台，这对指导工程设计与施工作用甚大，通过不断的工程实践和理论研究分析，人们不断的加深了对土压力的理解认识。

三、基坑设计的细节处理

基坑设计中往往有些细节如果处理到位可以使得基坑位移变形的控制达到事半功倍的效果。比如采用SMW工法桩支护时，往往会碰到因为自身水泥强度不足导致坑底换撑处的水泥被压碎而引起位移增大的情况，因此设计时可以要求基坑施工时，凿除SMW工法桩基坑内侧的水泥，换撑直接顶在型钢桩侧，可以防止工法桩自身水泥被压碎而导致位移增大，这样一个简单的细节处理可以很好地控制基坑变形。笔者还遇到过一个项目，基坑同一平面上采用了混凝土支撑和锚杆支护2种支护方式，由于支撑和锚杆刚度差较大，支撑和锚杆分界处的冠梁往往会出现较大的位移差，导致冠梁拉裂的情况，因此设计时可将锚杆的支护范围延至支撑内，使得支撑到锚杆有个平稳的过渡转换，不至于造成冠梁拉裂。还比如当碰到软土基坑时，坑底位移往往较大，设计时可以要求施工到底板时，将底板延至桩侧，因为底板的水平刚度很大，可以减小桩的悬臂长度，有效地控制位移，尤其是对悬臂桩而言，可以很大程度上减小围护桩的位移。上述一些细节的经验处理需要在实际工程中不断地思考总结，往往会在基坑变形控制方面发挥意想不到的效果。

四、未来研究的方向

随着我国经济的发展，城市中高层建筑越来越密集，建筑物周边地下设施变得错综复杂，影响深基坑支护的因素变得不确定和复杂多样。由于在支护方案的优选和支护构件的优化方面研究的并不深入系统。目前关于基坑开挖与支护方面的研究还存在以下几个方面的问题。

（1）我们在进行土压力计算时，无论采用库伦土压力理论还是朗肯土压力理论都是在一定的理想假设条件下，对于这种理论的探索有待于我们进一步深化研究。

（2）基坑在受到大雨冲刷和浸泡下，土体的物理性能发生变化，这样会与原来力学性能有较大的差别，到底影响的程度如何，会产生一个什么样的结果缺少一个准确的可靠性的理论分析和应对措施。

（3）在计算中忽视了深基坑内外通常存在较大水位差的实际情况，忽视了渗流效应对土压力的影响。

（4）支护墙后土与支护桩墙壁之间必定存在一定的摩擦力，而在现行计算中却没有考虑。同时在计算中还没有考虑基坑的空间效应，计算结果误差较大。

结束语

综上所述，我们在不断学习、探索基坑设计理论的同时，也要重视经验的积累，对设计过的项目进行总结分析，最后还要关注基坑设计的最新发展动态，要用发展的眼光看待基坑设计，这样才能做到规范所要求的安全适用、保护环境、技术先进、经济合理、确保质量。

参考文献

[1]彭典华.浅谈深基坑工程的支护技术[J].山西建筑，2009，35（27）99-100

[2]张进.支护基坑工程中若干设计问题分析[J].中国建设信息.2010（15）：59-60.