深基坑支护优化设计研究

2017-01-19李秀兰刘悦

中华建设 2017年10期

李秀兰刘悦

在工程项目开发中，为了提高建筑的容积率，建筑的高度和深度都在不断增加，比如地下车库、地下室等的构建。为了确保建筑的安全性和稳定性，在施工中需要扩大深基坑开挖的规模，这样深基坑的施工难度、成本都会提高，进而提高了施工问题的出现率，所以在进行深基坑支护结构设计时，需要进行相应的优化和改进。

一、深基坑支护特点

1.规模较大。受建筑用地面积的限制，高层和超高层建筑逐渐增多，为了确保建筑的稳定性和安全性，深基坑工程施工的规模在不断增加。

2.影响较大。基坑开挖会涉及到地下水位、管道铺设以及市政工程建设等多方面的问题，所以深基坑工程对附近范围内的影响是非常大的。

3.支护种类多元化。深基坑支护技术是深基坑工程的基础所在，它对于深基坑工程来说意义重大。经过不断的研究和创新，深基坑支护技术得到了很大的发展，现阶段常用的深基坑支护技术已经超过了10种，为我国的深基坑工程提供了更多些选择。

二、影响深基坑支护方案的因素分析

1.环境因素：（1）附近建筑和设施：建筑深基坑施工多是在城市中心区域的施工，周边有很多建筑物和管线，所以在具体设计和施工中必须考虑到这一方面因素的影响。（2）地质条件和水文条件，比如地层构造、土质、岩层等等；基坑现场的地下水情况，如地下水位、分布、水流走向、流速等等；地下障碍物、如暗流、地下构筑物等等。（3）施工条件与设计方案是密切相关的。比如施工环境、交通条件、施工材料的存储等等。

2.主体工程因素：建筑深基坑支护设计前要全面熟悉、了解主体工程的相关资料，包括规模、结构形式、施工方式以及使用要求等。

3.基坑的形状、深度和宽度等因素。

4.基坑支护结构的载荷因素，包括侧向载荷、垂向载荷、地震载荷、地面超载、风载的因素。

5.现已应用的各种支护技术的特点和适用范围以及当地施工队伍常用的施工方法、施工设备及施工技术等情况。

三、建筑深基坑支护结构类型

1.地下连续墙支护结构

地下连续墙支护技术的应用效果直接决定了深基坑工程的稳定性和安全性。地下连续墙结构是由许多紧密联系的墙段组成的，为了确保墙段的连续施工质量，在墙段的接口处需要使用锁口管技术，该技术具有良好的刚度和防渗漏性能。该锁口管技术可有效应用在各种情况下的深基坑施工建设中，该技术在应用时不仅应用效果好，并且还不会影响附近的建筑环境。

2.排桩围护结构

在实际的深基坑支护作业中，技术人员需要采用排桩围护的方法，并且技术人员所用的排桩需要由钢筋混凝土构建而成，整个施工过程需要严格遵守相关的施工要求和标准，进行科学规划。并且施工人员还需要提高对钢筋混凝土挖孔这一环节的重视，做好对所有细节部分的处理。

3.土钉墙支护结构

所谓的土钉支护施工技术就是通过应用土钉之间所产生的相互作用力来加固深基坑的边坡。这种支护方式可以在很大程度上增加深基坑的稳定性，而且能够保证深基坑整个土层的整体性。但是，这种施工技术对于土钉的运用要求难度很高，如果在地下室工作，稍微出现失误。就会造成土层的变形。

4.钢板桩支护方式

在钢板桩支护应用的过程中，需要将其挡水优势最大化。与其它地基支护方式进行比较，钢板桩支护方式的优点还是非常多的。在具体的应用过程中，技术人员需要做好以下几个方面的工作：钢板支护所用的钢材料是有一定要求的，必须具备钳口和锁口；在采购钢板时，需要严格管控钢板的材质，地基坑施工所处施工环境相对比较复杂，容易出现腐蚀问题，所以技术人员选择的材料必须考虑这一方面问题的影响，只有这样才能保证钢板桩支护的施工质量。在施工中，技术人员需要使用热轧型钢材料；对于钢板切割环节来说，施工人员需要按照相关的施工计划和规定来焊接成既定的钢板墙。在进行该基底支护结构的应用中，钢板的面积相对比较大，所以施工难度比较大，技术人员必须考虑到这一问题。

5.护坡桩支护施工

在实际的护坡建设中，基本都会选择护坡桩来完成对护坡的保护。护坡桩施工不仅施工效率高，对环境的污染小，并且该技术的应用范围非常广，可以适用于各种地质条件。具体的施工工序为：在施工中先用螺旋钻机来完成钻孔的钻设，然后把浆液由孔底压入孔内，当浆液达到既定位置后，就可以取出钻杆，然后在孔内放入钢筋笼和骨料，但是需要注意，还需要根据实际的施工情况进行高压补浆作业。

6.层锚杆施工技术

该种支护技术在施工中需要先按照施工计划来钻出相应的孔洞，并注入水泥浆，以完成泥浆护壁的制作，之后就需要穿入钢绞线，对钻孔进行补浆，直到泥浆达到既定位置就可以进行锁定。但是在实际施工中需要注意以下几点：第一，工程开始时需要先进行锚杆位置的设定和测量，以确保锚杆钻机在施工中可以正常使用，当锚杆钻机达到既定的位置后，还需要根据具体的施工要求来调整钻杆的位置，调整好后才可以钻孔。第二，如果在钻进中碰到障碍物，需要及时停止钻孔，并与技术人员进行协商，只有将其有效处理后，才能继续进行钻进作业，禁止出现盲目钻进的行为，以免损坏锚杆钻机，同时还需要检查隐蔽工程的质量，以免留下质量隐患。

四、支护细部优化

1.模型选择

在选择计算模型时需要结合具体的地质条件和水文条件，如果下部土层的地质较好，一般都选择自由端法（简支梁）。在当下的基坑支护结构内力计算中常用的方法有：简支梁法、等值梁法、塑性铰法等。简支梁法和等值梁法多用于单锚桩支护的计算。这两种方法各有优劣。简支梁法中桩墙需要在主动土压力、被动土压力和锚固力的综合作用下，才能保持平衡，在此过程中桩需要充当简支梁，基坑底下的桩充当简支端，然后桩沿着简支端进行转动，而锚固力作用点则充当支点。之后通过横向力平衡方程和对锚固力点（或桩底端）的力矩平衡方程求出锚固力和桩的嵌固深度。经过研究发现，简支梁法在理论力学上是成立的，但是与材料力学则是有所不符的，如果使用这一方法，计算出的锚固力要远远超过实际情况，导致桩身的截面积过大，进而导致浪费问题的出现。等值梁法中的固定端为基坑底下部的桩，辊轴支座为锚固力点，铰支座由反弯点充当，然后通过反弯点处力矩平衡方程计算出锚固力和嵌固深度。但是其计算出的桩嵌固深度要超过实际需求，所以在施工中要结合实际情况进行调整。

2.优化支护结构设计参数

优化支护结构设计参数，比如桩径、间距、嵌固深度等等。桩径和桩间距与支护结构的稳定性和成本密切相关。桩径越大，基坑变形越小，但是到达一定程度后，影响是非常小的，如果桩径过大，就会提高施工的成本。桩间距过大，会导致基坑变形严重，如果较小则会提高施工的成本，所以必须合理设置桩间距，在保证基坑稳定的前提下，尽可能降低工程的造价。常用的桩嵌固深度方法有:严格按照相应的标准和规范来进行嵌固深度值的确定;然后对数值进行验证，查看其是否符合相关的要求，如果不合理，则需要及时修改。