市政工程常用基坑支护结构类型及设计分析

魏利斌

摘 要：近年来，因城市道路、地铁隧道、综合管廊等工程的迅猛发展，基坑工程的规模与难度越来越大。特别是在城市的复杂环境中，基坑周边复杂的相邻建筑物以及地下管网等极大的增加了基坑支护的难度。在市政工程建设过程中，如何合理选择支护结构，并依据基坑工程特点进行科学的设计成为当前基坑工程亟待解决的重要问题。

关键词：市政工程；基坑支护；结构类型

1市政工程常用基坑支护结构的类型

1.1放坡开挖

由于放坡开挖只对土质的要求高，在技术方面的要求低，所以采用放坡开挖施工成本相對较低。此外，对于放坡挖掘施工场地也有一定的要求，如果放坡的场地过小，不能满足放坡所需要的面积，则不利于放坡施工的正常开展。放坡的坡度是根据土质的状况、放坡周围土体的荷载能力和施工技术、施工设备决定的，同时，放坡的坡度要满足设计要求，确保基坑边坡的稳定性。

1.2土钉墙支护结构的特点

土钉墙是由天然土体通过土钉加固并与喷射混凝土面板相结合，形成一个类似于重力式的挡墙以此来抵抗墙后的土压力，从而保持基坑边坡的稳定，这个挡墙就被称为土钉墙支护结构。土钉墙支护施工成本小、所需施工场地小。在利用土钉墙支护结构对边坡进行支护前，要对施工区域周围土体和环境进行勘测，对勘测到的数据进行分析，以满足工程的施工需求。

1.3排桩支护结构的特点

排桩支护结构是以某种桩型按队列布置组成的基坑支护结构，多用于深基坑施工场地。通常由支护桩、支撑及防渗帷幕等组成。排桩可根据施工情况分为悬臂式支护结构、拉锚式支护结构、内撑式支护结构。

悬臂式支护结构更适用于基坑深度不大或是坑底地质条件较好的情况，否则，过大的设计内力会导致桩顶位移不好控制或者配筋过大，从而增加基坑支护的风险且不经济。拉锚式结构适用于基坑周边无其他建、构筑物基础的情况，否则锚杆可能会影响相邻建、构筑物而无法实施。内撑式支护结构适用于地质条件较差或支护内力较大的情况，但其缺点是对现场施工组织有较大影响。

2深基坑支护结构设计计算的基本理论与方法

基坑支护结构设计计算包括外力分析、内力计算、基坑整体稳定性和局部稳定性、地基承载力、支护结构及邻近建构筑物的变形等。近年来，随着岩土力学理论的发展，研究者们提出了多种计算理沦和方法，归纳起来，其基本方法大致包括极限平衡法、弹性抗力法、数值计算法三类。

极限平衡法是在经典土压力理论的基础上形成的，极限平衡理论认为当岩土体中某一破坏面上的各点达到极限平衡时岩土体发生破坏，此时在支护结构上产生的外力则运用于支护结构的设计计算。其理论本身有较多的假设，因此，理论计算和实际监测结果有一定的出入。然而，多年来的工程实践证明，在没有找到更为完善的土压力理论之前，按经典的库仑土压力理论或朗肯土压力理论进行工程计算是简洁并且符合工程安全需求的。

弹性抗力法是基于变形的计算方法，其基本假设是认为被支护的岩土体处于弹性抗力阶段，从而由于变形而导致的土体对支护结构产生的力就可以通过弹性抗力系数来进行计算。一般适用于锚拉式结构或受力对称的内支撑式平面结构。

数值分析法随着计算机技术的发展而得以更广泛的应用，其优点是可以更加全面的考虑支护结构与土体之间的相互作用，可以从整体上分析支护结构及周围土体的应力和位移，可以考虑时间等动态因素，完成人力无法完成的大量复杂计算。然而准确的选取岩土体参数甚至本构模型是数值分析的关键，如果没有这方面的准确把握，数值分析也仅仅是数字游戏而已。

3深基坑支护结构方案概念设计

由于深基坑支护结构周边环境及岩土体的复杂性，以及计算输入的不确定性，甚至包括计算理论的不完备，基坑支护结构更应该着重于概念设计，确保能够满足工程建设的需要。

3.1充分重视基坑工程中水的作用

水对基坑边坡的稳定性影响极大，关键在于水对边坡的物理作用、化学作用以及力学作用，这些作用从边坡岩土体的材料性质，结构面强度等方面显著的提高边坡的下滑力或是降低阻滑力，通常情况下是两者兼有，从而降低基坑边坡稳定性。因此，基坑工程支护设计应首先做好防排水措施，确保不会发生极端情况，从而保证支护结构计算模型的正确性。

3.2合理考虑施工方案对设计的影响

深基坑工程施工方案主要有顺作法、逆作法、顺逆结合法，不同的施工组织对支护结构的影响是不同的，因为深基坑支护必须保证在每一个工况下结构是安全可靠的，不同的工况下的支护结构完成情况以及外力是不同的。因此，方案设计时应考虑逆作法的可能性，竟可能的减小施工过程中支护结构的失效的风险。

3.3做好对基坑工程建设过程的预判

如前所述，深基坑支护是一个非常复杂的工程。由于工程实际情况的变化而导致变更设计在所难免，因此在设计之初应尽量去分析可能出现的问题，从而给后续变更留有余地。

4深基坑支护结构设计注意事项

4.1考虑深基坑支护结构设计的动态性

基坑工程施工过程中很可能会出现设计没有考虑到的情况，可能会影响到施工的正常进行，按照原先设计的方案已经不能继续施工，这是就需要针对设计方案进行修改。

根据实际情况调整方案，这就是所谓的动态设计方法，主要是为了适应深基坑支护结构施工中遇到的不定因素，全面监测深基坑支护结构工程，为深基坑支护结构工作的正常进行提供保障。

4.2支护结构选择中需要注意的问题

目前在市场上有许多类型的支护结构，形式比较多，在深基坑支护结构设计中，选择合适的支护结构也属于比较重要的环节，安全是选择支护结构的最主要考虑的因素，在进行支护结构的选择工作中，首先需要考虑施工现场的实际情况，保证支护结构在使用过程中不会出现过大的变形。另外，在支护结构的选择中，成本预算同样比较关键，要在经济预算范围之内选择安全性比较高的支护结构，因为支护结构只是在深基坑的施工过程中具有作用，在深基坑工程完成之后就没有利用价值，所以需要考虑成本控制问题。最后要保证选择的深基坑支护结构能够为施工提供方便，保障施工的效率。

4.3在设计中利用新的技术理念

在进行深基坑的支护结构设计中，要按照实际情况进行设计，利用目前比较先进的技术和先进的理念设计，要具体情况具体分析。目前在进行深基坑支护结构的设计中，都还处于探索阶段，没有固定的计算方式，所以在进行设计的过程中，要与时俱进，学会利用新的技术和理念进行设计。

4.4需不断研究深基坑支护结构技术

由于深基坑支护结构设计还处于不完善的阶段，所以需要不断进行深基坑技术的研究与应用。工程实践在深基坑支护结构设计中发挥着重要的作用，所以应从以往的深基坑支护结构设计和施工中不断总结相应的经验。目前我国建筑行业也处于不断发展的阶段，地下空间开发强度越来越大展，有利于积累深基坑支护技术原始资料和数据，但是这种数据中很多部分没有进行科学的测试，所以不能形成理论性的资料数据，仅供在进行设计的过程中参考，所以深基坑支护技术还需要不断发展。

5结语

当前的城市建设发展已经朝着高空或地下发展，鉴于对城市环境的保护，城市建设更侧重于地下空间的开发，基坑岩土工程的数量与难度会越来越大，这对我们设计工作提出了巨大挑战，基坑支护设计应该在充分分析建筑场地周边环境的基础上进行，积极推广新技术在实际工程中的运用，采用动态法设计，逐步建立更为全面的基坑支护设计模式，从而提高基坑支护设计能力，为城市地下空间开发保驾护航。

参考文献：

[1]黄定江.市政工程常用基坑支护结构的类型及设计原则[J].城市道桥与防洪，2014（03）：177-179+14.

[2]吴辉.浅论市政工程基坑施工技术[J].建材与装饰，2016（19）：3-4.