岩土工程中复杂场地深基坑支护工程设计与施工研究

王 连

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队，贵州 遵义 563000）

在每一个有基坑存在的项目，深基坑支护技术在项目的基础建设中发挥着重要作用，复杂场地深基坑支护工程的质量决定了所有支护工程的安全性，并在后续的项目建设中发挥着重要作用。

1 建筑施工中深基坑支护的意义

基坑支护是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。在整个建筑过程中，深基坑挖掘方案是整个项目的基础，其特点是，基坑支护工程又是岩土工程、结构工程以及施工技术互相交叉的学科，是多种复杂因素交互影响的系统工程[1]。质量直接决定建筑物的安全、稳定性和使用寿命。在很多城市地区挖掘深基坑，对基本的工程强度和辅助技术以及深基坑的设计理论和现场施工技术提出了巨大的挑战和严格的要求。深基坑支护结构不仅必须符合抗倾覆、抗剪切要求，而且必须符合地下结构的建筑和基础要求，这是深基坑周围环境正常运作的先决条件，从而确保正常运转和建筑安全[2]。建筑工程施工时应防止挖掘深基坑影响地下地下室和地下管网的正常使用，必须首先对工程的表面进行彻底和详细的检查和研究，了解挖掘深基坑施工过程中的施工难点[3]。设计深基坑支护结构系统需要确保在不危及人身安全和功能的情况下在周边建造WEI 系统，并考虑到这一系统的运行和监测。

2 深基坑支护结构的种类

深基坑支护结构的多样性，以及根据地质环境和施工地形自由选择结构组合的可能性，在很大程度上确保了深基坑支护结构的安全和稳定。在软土、高地下水位及其他复杂场地条件下开挖基坑，很容易产生土体滑移、基坑失稳、桩体变位、坑底隆起、支挡结构严重漏水、流土以致破损等病害。

图1 深基坑支护结构计算

常见的基坑支护形式主要有：排桩支护、桩撑、桩锚、排桩悬臂、地连墙+支撑、土钉墙（喷锚支护）、逆作拱墙、钢筋混凝土排桩。地连墙和土钉墙的结构主要是土锚；混凝土墙的结构通常没有得到加固，主要是因为其耐变形能力和重量，以确保坑壁的安全。在一些例外情况下，可以使用某种方法支持需要加强的地方位置，由单独的支柱组成的支撑结构适用于基本侧壁坑中的非软性土位置，其中的悬臂结构如果不太深的话，它在基坑中时一般不超过60m，同时通过计算来构建深基坑支护结构，如图1 所示。在深基坑深的地方，可以与支架、锚等相结合，内部支持结构包括一个外部支持结构系统和一个内部支持系统，支护结构系统通常采取钢筋混凝土块的形式。钢筋混凝土块和连续的地下墙：内部支架系统可以是横向和斜向的，锚的主要功能是确保土层或结构的坚固性。

3 深基坑支护结构的设计流程

深基坑的设计主要包括选择支护系统方案，计算支护结构的剪力、轴力与弯矩，计算墙的耐渗透性，分析深基坑的稳定性，降水方案，以及对深基坑支护方案进行整体性研究。挖掘方案和环境支护和监测方案：研究和收集有关建筑物的一般布局、挖掘的范围和深度、工程研究、建筑单位的需求、有关标准和技术规范的要求，根据深基坑坑项目的设计和基础、施工经验、主要结构的配置要求，在这些分析的基础上设计了深基坑的安全等级，选定岩土力学参数，来设计初步方案，初步设计完成后，完成协助挖掘、坑内降水、排水系统的方案，而支护方案的最后步骤是，如果强度控制和变形控制得到满足，则设计施工图。

4 复杂场地深基坑支护工程设计及施工研究

4.1 深基坑支护工程的土压力计算分析

准确计算支撑体系所需的抗滑力，是设计深基坑支护工程的关键，由于支护体系所承担的负荷主要是岩土压力，因此计算基本深基坑项目土压力的准确性与整个深基坑项目和支护工程的安全性有关。

根据基坑支护结构位移方向，土压力分为以下3 种类型：

其一是静止土压力，静止土压力是指，支挡体系例如挡土墙等支挡结构的刚度较大，在土压力作用力的作用下不会产生位移以及形变，支挡体系后的土体一直保持一种静止的状态，这种状态下土体对自当体系产生的作用力，我们称之为静止土压力。

图2 静止土压力结构图

第二，第二种土压力为制动土压力，主动土压力是指在施工过程中中，挡土墙支挡体系在土体压力的作用下，向前发生位移，当挡土墙发生位移时，挡土墙后方的土体的应力已经超过了极限平衡状态，这种作用在挡土墙的土压力我们称之为主动土压力。

图3 主动土压力结构图

第三，第三种土压力为被动土压力，与上述两种土压力不同。被动土压力是在挡土墙受到除土压力以外的其他作用力作用时，挡土墙支挡体系朝着土体放生发生一定的位移，这部分位移会导致土体与挡土墙产生相互的作用力，这时产生的作用力我们称之为被动土压力，被动土压力的力学示意图如图4 所示。

图4 被动土压力结构图

本文对土压力的计算主要采用（郎肯）Rankine 压力理论进行计算，在Rankine 土压力计算中设定地表面是水平的，挡土墙光滑并且竖直，根据土体极限平衡条件计算得出土压力的值,计算公式如以下所示：式中，EP为被动土压力值；y 为土体的重度值；H 为土体围墙的高度值；KP为被动土压力系数。

在岩土工程的施工过程中，基坑支护工程其中一项重要的施工环节，其施工过程中的综合性以及专业性都是很强的，并且在基坑支护工程的设计环节，对于基坑施工过程中的土压力计算也要进行充分的考虑，这样在能最大程度的使工程设计更加精准。这一结构的内力负荷的计算不仅考虑到土压力的计算，而且还考虑到整个深基坑施工中的负荷计算，以确保计算结果的准确[2]。

4.2 深基坑支护结构设计及施工研究

加固墙壁和支护结构得到了更广泛的利用，可用于更深层的复杂工况。在施工过程中，坚持分层分段开挖，分层分段进行支护的原则进行施工。严格按照设计图要求的顺序和方法进行施工，遵循“开挖支撑、先撑后挖、分层分段开挖、严禁超挖”的原则，减少开挖时对原生土体的破坏及扰动，缩短基坑开挖后无支撑的暴露时间。

5 结语

综上所示，在建筑工程的施工过程中，基坑支护工程作为其中一项重要的施工环节，其工程施工的质量直接关系到后续的施工能够顺利有效的开展，所以在进行建筑工程基坑支护的施工过程中，施工人员一定要切身的投入到施工现场，对施工现场情况有一个熟悉的了解，在结合施工现场的实际情况对基坑支护施工过程中的各种因素加以分析并科学的进行计算，保证施工安全性以及最终的施工质量满足要求。