探究建筑工程中的深基坑设计及其处理

袁雪琪

引言

近几年来，伴随着国内城市高层建筑建设工作的不断发展，深基坑支护技术要求不断提升。由于受到复杂地质条件的影响，导致深基坑支护工程施工的难度增大，并且施工过程中事故频发。因而，深基坑支护工程逐渐受到了工程技术人员的重视。作为建筑工程的基础，基坑的施工关系到整栋建筑的质量。在开挖基坑时必须做好支护措施，采用支撑结构来保证基坑施工的稳定与安全。建筑工程在施工的时候需要开挖基坑，为了保证基坑结构及其施工的稳定与安全，需要采取支护结构来支撑基坑。目前，基坑支护形式主要分为两类：加固型和支档型。支挡型主要有放坡开挖、挡土支护开挖。加固型具体方法更多，包括了加固法、高压旋喷桩加固法、水泥喷粉桩加固法、注浆加固法、插筋补强法等。不同的支护形式与方法具有不同的特点，所适合的工程情况也不一样。

1 深基坑支护形式的特点

对于深基坑来说，其大多属于临时性结构，并且施工期较短、效益高。深基坑支护工程在其施工过程中，经常会受到施工环境以及现场地质、水文等因素的影响，并且现场不同位置的土壤条件差异也会给施工过程带来相应的安全隐患。因此，这就给技术人员的勘察、设计以及后续的施工工作带来了一定的困难。现阶段，深基坑形式的设计工作大多在理想与假设的条件下进行，因而与实际的施工条件存在一定的差异。再加上深基坑支护施工的程序较多，不同工序之间交叉影响大，给深基坑支护工作带来了较大的复杂性。

2 深基坑设计的主要内容

2.1 设计依据

深基坑的设计需要一定的参考依据，具体包括了：建筑相关资料、设计规范标准、周边环境条件、水文地质条件等。建筑相关资料主要有建筑物基础平面布置图、结构平面图等。设计规范标准要适应工程，如果已经更新要及时更换。周边环境条件包括基坑周边的建筑物、管线、水系、交通状况等。水文地质条件具体包括地形地貌、岩土结构性质、含水层、含水量、地下水渗透系数等。

2.2 设计图纸

深基坑设计图纸具体应该包括设计的方案说明、设计总平面图、分段设计剖面图、局部立面图、基坑开挖工况剖面图、降水井平面布置图、观测井平面布置图、观测点平面布置图、配筋图等。其中最为关键的是分段设计剖面图，在设计图中应该标出所剖的断面的标高、管线、支撑构件、放坡、排水沟等的布置情况。

2.3 设计计算

在设计深基坑时需要计算的内容十分复杂，包括了：支护结构的强度、稳定和变形计算；受压、受弯、受剪承载力计算；嵌固深度计算；构件位移计算；构件截面尺寸、配筋计算；截面承载力计算等。支撑体系这些计算结果决定了设计的具体方式。深基坑设计的计算需要一定的条件，要求具有合适的计算模型，选择完整的计算参数，科学的计算依据，以及相应的计算方法和软件。目前，较常见的计算方法是有限元法、弹性抗力法、极限平衡法等。

2.4 施工要求

对于施工技术的要求，深基坑的施工应该满足工程质量检测验收要求；对于施工流程的要求，不管是整体工程还是分项工程，都必须明确施工流程，并按照流程进行施工；对施工检测的要求，可根据《规程》（JGJ120-2012）相关章节的要求进行检测，确保施工质量达到标准；对施工安全的要求，为了保证施工人员的安全，在基坑坡顶及围护桩顶部位设置钢管护栏，并在施工地点挂牌警示，避免闲杂人员误入施工场地。

3 深基坑支护的优化设计研究

在进行深基坑支护设计方案的优化工作时，由于受到施工难度以及时间方面的影响，导致基坑工程存在着一定的不稳定性，并且基坑支护工程也会出现不同程度、不同类型的安全方面的问题。因此，在进行基坑支护方案的设计过程中，一定要对多方面因素进行综合性的考量。比如说基坑支护方案的设计过程中要对施工现场地下水源或者是管线分布状况进行详细的勘测，同时还要明确施工现场周边环境以及建筑物的距离设定；另外，还要对支护的形式与尺寸进行合理的选择。这一过程中，不仅要求设计人员有着较强的专业素养与综合能力，同时还要求设计人员具备相应的基坑支护设计经验。设计人员要时刻具备良好的安全质量控制意识，并且设计过程中要将安全和质量因素作为方案设计的重中之重。

4 深基坑设计的工程实例

4.1 工程概况

我们以深圳市市区某建筑工程设计为例具体说明深基坑的设计内容。该工程深基坑建设的基本情况是：地下室4层，基坑深14m，宽101m，两边长为284m、324m，深基坑面积是30700m2。该工程的地质条件状况是：人工填土及残积层主要包括了杂填土层、淤泥层、细砂、粉质粘土层，人工填土及残积层比较松散，含水量比较高；基岩层主要是内夹方解石脉粉质泥岩，分为强风化带、中风化带、微风化带，基岩的坚硬程度也逐渐增加；施工地地下水埋深达到了1～1.2m；施工地南北地质存在明显差异，南部岩面更高，淤泥细砂层更薄。

4.2 基坑支护的方案选型

4.2.1 设计的标准

工程位于市区，施工的范围狭小，另外两边都有建筑物相邻。根据基坑安全等级要求定为一级。规定要求基坑的水平位移不能超过30mm，也不能超过基坑深度的0.0025倍。

4.2.2 基坑支护的结构

该项建筑的地下一共有4层，地下室的平面较为规则，底板的厚度大约在850mm，基坑深度在14m左右。施工区域的地下水位较高。除此之外，基坑的四周还有许多的建筑物以及道路。基坑的施工面积较大，为了能有效的减少施工对周围的环境造成的影响，我们最后经研究决定采用了排桩+4道预应力锚索，局部排桩+3道内支撑，桩间三重管旋喷桩止水的支护方案

4.3 基坑支护的计算

4.3.1 选用的计算软件

基坑支护计算所使用的软件为理正基坑设计软件，该软件可以计算基坑内力的分布、沉降的位移、强度以及水平位移等，此外这一软件还可以对基坑进行抗隆验算以及整体的稳定性的分析。在我国当前的基坑设计计算软件中，该软件是应用最为广泛的一款。

4.3.2 设计荷载

基坑的设计要考虑很多方面的情况，其中水压力、土压力永久的载荷以及地面可变载荷是其中的重点。土压力采用的是砂土分离以及水土合算的方式来进行计算的，基坑外侧的水压力是钻孔初见的水位，内侧的水压力则是位于坑底的-0.5m处。地面的活荷载要按照基坑的周围1m处15kPa的超载来进行计算，基坑的出土区域要按照45kPa的超载来进行计算。

4.3.3 分析施工的工况

（1）三重管旋喷桩以及钻孔灌注桩的止水帷幕施工通过分段的方式来完成。

（2）先平整施工的区域，然后再对土体进行开挖一直到达桩顶的标高处。

（3）完成对冠梁的施工，当冠梁混凝土的强度达到设计强度的四分之三时开始对第一道预应力锚索施工，并且在局部区域要加设内撑。

（4）当内撑以及预应力锚索达到设计强度之后，再对土方开挖，直到挖到第二道预应力锚索的标高处结束，值得注意的是在这个过程中不可以挖超，挖完之后再对第二道的预应力锚索和内撑进行施工。

（5）上述步骤完成之后，再继续开挖土体直到挖至基坑的底部，然后再对地下室进行施工。

（6）每施工一层地下室，换撑后方可拆除上一道支撑，直至拆除第一道內撑。

（7）地下室的施工结束后，再回填土。

4.3.4 分析计算的结果

（1）计算基坑支护的位移、内力时，土压力采用了经典法与弹性法这两种方式来计算。通过计算得出，该基坑最大的设计弯矩分别是基坑的内侧在1600～2200之间，基坑的外侧在1600～2200之间，基坑最大的剪力值大约为在400～500之间，最大的水平位移大约为25.67mm。

（2）整体稳定的验算整体稳定的安全系数为Ks=4.460；圆弧的半径为 R=29.913m；圆心的坐标为（1.005、17.452）。

（3）抗倾覆的安全系数：Ks=Mp/Ma式中：Mp指的是被动土的压力以及锚杆力在桩底的弯矩，其中用等值梁法来求得锚杆力；Ma指的是主动土的压力对桩底的弯矩；Ks=4.371且≥1.200，满足了规范的要求。

（4）抗隆起的验算：①普朗德尔公式（即Ks≥1.1-1.2），Ks=30.54且≥1.1，满足了规范的要求。②太沙基公式（即Ks≥1.15-1.25），Ks=37.847且≥1.15，满足了规范的要求。

（5）计算隆起量：δ=25mm

（6）验算抗管涌：抗管涌的稳定安全系数（即K≥1.5）。验算结果为K=1.876且＞1.5，满足了规范的要求，通过上述的计算能够看出，桩-锚的复合支护方案可以满足设计的规范要求，有效的验证了该方案具有的可靠性。

5 结束语

在设计深基坑方案时，要根据工程施工的具体情况对方案进行调整与优化。受力大、变形情况严重的局部要增加支撑构件来控制变形问题，实现稳定。最终，设计方案是否可行还要通过计算来验证。深基坑支护是建筑工程安全与稳定的重要保障，在建筑施工的过程中是非常重要的一个环节。在进行选择时，要根据基坑工程的实际情况，结合可行性、经济性原则进行选择。

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