深基坑支护工程总体方案设计浅析

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摘要：文中以某开发区一个工程实例为研究背景，从保证基坑工程的安全、保护周边场地环境以及技术经济指标等方面的要求出发，综合分析基坑规模、下挖深度、周边场地环境的影响及本工程场地岩土的分布情况与水文地质条件，选择出最优的深基坑支护方案。

关键词：工程实例；深基坑；支护

0引言

近年来，随着城市的发展及旧城改造的不断推进，出现了不少独具特色的新型基坑支护工程［1］。当前，中国的城市化率大幅提高，高楼大厦越来越密集，使得城市建筑用地越发紧张。城市内建造房屋受用地红线紧缩、周围群房聚集、土地地质条件复杂等多重因素的影响，应尽量减小新建房屋对周边建筑及环境的影响，这对基坑处理要求极高。而排桩-混凝土内支撑支护结构因为可以有效解决基坑问题而被广泛应用于基坑工程中。本文就深基坑工程的临时性、区域性特点，对基坑支护类型及使用范围进行总结，以针对实际工程作出比选。

1深基坑工程的特点

1.1深基坑支护结构为临时性结构

在不同地质环境下进行地下结构的施工时，经常会产生由于土体开挖导致的各种问题，如土方坍塌、喷水涌砂等。因此地下结构的施工需要采用深基坑支护来防止各种问题的发生。但这种深基坑支护一般都属于临时结构，在地下主体结构施工完成后，绝大部分支护会被拆除。一般来说，搭设在非基坑周边岩土内的基坑支护结构都会被拆除，故绝大部分的支护结构为临时结构。

1.2深基坑支护结构工程具有很强的区域性

地下结构工程的施工方案在不同地点有较大差异，这是由于其施工总要受到地质、水文条件影响。不同地区或同一地区不同位置的地质条件总存在一定差异，因此，地下工程施工具有很强的区域性。深基坑支护作为深基坑工程的防护结构，自然拥有很强的区域性，在方案设计时需要因地制宜。

1.3深基坑工程受周围环境条件影响剧烈

深基坑工程的施工受到周围场地环境、建筑环境的影响极大，特别是在有密集建筑群的区域开挖时，往往会受到已有设施的影响。临近公路、地下管线、地底建筑等因素对深基坑工程的施工具有明显影响，因此，市区施工难度大于村镇施工难度，密集区域施工难度大于空旷区施工难度，考虑到不同地区的差异性，深基坑施工方案一定要具体问题具体分析。

1.4制约因素多

深基坑工程的施工安全与场地地质和水文条件、周围地形地貌条件、附近建筑与构筑物情况、场地气候以及降水排水条件、基坑深度与支护形式、施工方法与开挖次序以及基坑的暴露时长等诸多因素相关。

1.5计算理论不完善

深基坑工程目前的设计理论主要有［2-5］：（1）传统的土力学设计理论的方法，该方法偏于力学原理的设计思路；（2）根据施工实际状况设计法，该方法根据实际工程的不同工况来分析和设计；（3）完善后的解析方法的缺点是只能求解力，无法计算变形；（4）弹性基床系数法，优点是解决了力和变形的计算问题，缺点是其计算结果与实际工程有较大差别；（5）平面有限元法，优点为考虑了土压力与支护结构协同作用；（6）空间有限元法，优点为考虑了支护结构在空间的作用，能反映支撑构件间的相互作用，同时也考虑了土的弹塑性分析，能更加准确地反映出土体的变形状态；（7）基坑工程监测和反分析，该方法能实时反映基坑周围土体的变形的实时变化，实现了施工的信息化；（8）基坑工程的风险分析和设计，该方法能有效地在基坑开挖前，对周围建筑物进行实时监控反映，并分析出周围土体和建筑群的稳定性，能有效地对基坑周围的土体和建筑群进行预防和控制的作用；由于岩土分布与特性的复杂加上地下水等诸多可变因素的影响，使得目前针对深基坑设计计算需以考虑环境保护（对变形的控制）为主要出发点，同时要满足承载能力极限状态和环境保护的要求。目前，深基坑设计计算主要采用理论与实践相结合的方法。

1.6对综合性知识，经验要求高

根据前文已述的多个影响深基坑安全的因素、设计计算理论，难以准确全面地反映客观情况，基坑工程往往需要采用理论与实践相结合的方法等实现，需要施工人员具有综合性理论知识和丰富的实践经验，以保证深基坑工程的质量和安全。

2常用深基坑支护结构型式分类及使用范围

常用深基坑支护结构型式分类及使用范围见表1。

3某实际工程基坑整体支护方案比选

3.1工程概况

拟建工程设3层地下室，基础底埋深约14m，属于深大基坑工程，该工程具有较为复杂的周边环境，根据JGJ72-2004《高层建筑岩土工程勘察规程》［6］第8.7.2条，该基坑工程的安全等级为二级。这种具有复杂周边环境的地下工程对基坑支护结构的安全性能要求极高。深基坑支护的合理设计能够减少基坑工程施工对周围环境产生的不利影响。合理的基坑支护方案是工程基础建设和地下空间施工的重要保证。

3.2场地岩土层剪切波速及类型

场地岩土层剪切波速及类型见表2。根据区域地质资料和建议的剪切波速值，实测各孔覆盖层厚度为9.20~27.2m，计算深度按实际孔的覆盖层取值，得等效剪切波速值Vse为367.77m/s、267.58m/s、239.25m/s、117.18m/s、211.35m/s、222.12m/s、170.99m/s，按GB50011-2010《建筑抗震设计规范》判定，场地覆盖层厚度为3.0~50.0m，场地类别综合评价为Ⅱ类。

3.3基坑工程分析评价

当基坑开挖后，场地四周将形成临空面，该临空面上覆盖着的土层多种多样，不同土层的岩土力学性质也各有差异。在本工程中，基坑开挖后的临空面上，附着的土层包括泥质粉砂岩，全风化、强风化、中风化粉砂层以及人工回填土等。其中，人工回填土比较松散，稳定性不足，容易塌落，对基坑安全防护不利；泥质和全风化粉砂层的土体粘结力较小，同样容易发生塌落，对基坑安全防护不利；但强风化粉砂层本身的稳定性较好，对基坑安全防护比较有利。然而，其仍存在着一旦遭到扰动或遇水软化而大大降低承载能力的不良情况。针对这种地质条件情况复杂、周围环境状况不良的基坑工程，采用基坑支护能够有效地保障基坑开挖的安全，保证基础和地下结构工程施工的安全。

3.4基坑支护方案比选

基坑支护结构的设计方案应以安全性为前提，满足一定经济合理性的要求。从安全性的角度来看，基坑支护方案在确定前，必须对其周边建筑环境、场地状况和地质水文情况等进行合理的评估。从经济的角度而言，该基坑支护的设计应在满足一定技术经济指标的情况下进行综合考虑，从而选出较为经济合理的支护方式。在实际工程中，对基坑支护结构设计方案影响较大的因素包括：基坑开挖的规模和深度、周边环境及场地地质状况等。对这些因素进行综合考虑，本工程可以选择的支护方案大致如下：排桩+内支撑、钢筋混凝土地下连续墙+内支撑、排桩+预应力锚索、钢筋混凝土地下连续墙+预应力锚索、型钢水泥土搅拌桩+内支撑等支护形式。基坑支护结构通常是两种结构相互组合形成的，这种组合能够使结构起到优势互补的作用。如排桩及地下连续墙围护结构、排桩及旋喷桩止水帷幕围护结构等。排桩及地下连续墙围护结构是在现阶段的支护结构中应用最广泛的一种支护结构。这种支护结构以地下连续墙作为屏障，能够阻止墙外水土的侵入。地下连续墙由于横纵向的相互连接而具有较大的抗侧刚度，在一些有地下室的工程中，还能作为地下室的外墙使用。排桩及地下连续墙围护结构，由于其优越的防护性能和多样化的作用而被广泛应用于几乎所有的深基坑工程中。但该支护结构相对来说仍存在工期较长、操作复杂等问题。排桩+旋喷桩止水帷幕围护结构相对来说施工时间更短、使用操作更容易，因而被广泛应用于深基坑工程中，特别是在地下水量较少的地区。实际工程中，应综合考虑施工地段的环境及经济等因素，选择合适的支护结构。在本工程所处的大致地段中，地质情况相对较好，软弱土层占比不大，虽然处于邕江和南湖一带的建筑会受到季节性水位补给的影响，使得地下水水位较高，但远离江、湖区域的建筑受到的影响较小，水位比较稳定。而本工程具体位置在凤岭一带，该地段的地下水主要是上层滞水，虽然会受到雨水或生活污水补给的影响，但水量不高，影响不大。综合上述情况，本工程使用排桩+旋喷桩止水帷幕结构作为支护结构较为合理。

4排桩水平力（锚拉或内支撑）体系方案比选

4.1预应力锚索支护方案可行性分析

预应力锚索就是在开挖基坑的下卧土层之前，将锚索插入土层中并固定，锚索另一端连接支护结构，通过张拉锚索产生预应力，这种预应力将在后续基坑下卧土层的开挖中为支护结构提供一定的锚固力，从而使支护结构贴紧在土壁表面，以保证开挖下卧土层时支护结构的安全。另一方面，预应力锚索可以作为非临时构件使用，免去了施工结束后的拆除问题，有利于后续地下室结构的相继施工，相对来说较为经济合理。但锚索施工中，需要控制锚索深入土层的长度，深入长度不应超出建筑红线，不应影响周围建筑的地下结构。为减少锚索对周围建筑地下结构的影响，应在锚索施工前调查周边地下结构的分布情况，选择合适的方向插入锚索，若确实存在难以施工的情况，应与周边单位共同探讨施工方案的可行性。在本工程中所处的具体地段中，地下存在着比较复杂的地下结构，且用地红线距离不能满足预应力锚索深入土层的长度需要，与周边单位的协调情况也不容乐观。基于地下结构复杂、设计难度大、协调不乐观等因素，本工程不予采用预应力锚索进行施工。

4.2内支撑结构方案

在如今的深基坑工程施工中，常采用钢管或钢筋混凝土作为支护结构的内支撑。钢管支撑属于一种拼接式支撑，钢管可以在工厂加工完成，在工地上拼接形成内支撑，因而较为方便快捷。作为临时构件，钢管内支撑在拆除后还可以重复使用。钢筋混凝土内支撑以钢筋混凝土为主要受力构件，具有较大的刚度，具有明确的传力体系。钢筋混凝土内支撑需要在现场架设模板和浇筑，因而具有多样的形式，不受技术的限制。但是钢筋混凝土支撑的施工周期相对钢管支撑较长，后续的拆除工作也比较麻烦，且拆除后不能反复使用。因此在实际工程中，应综合考虑材料、时间成本、安全性等因素，合理选择内支撑的模式。本工程基坑尺寸宽为48m，长为75m，规模较大，若采用钢管内支撑需要的材料成本太高，且从安全性的角度出发，使用刚度较小的钢管内支撑很容易产生比较严重的后果。综合基坑尺寸、材料成本、刚度等因素来看，本工程深基坑支护采用钢筋混凝土内支撑更为合理。总结上文所述的比选内容，得出本工程应采用的深基坑支护结构为排桩（设止水帷幕）结合钢筋混凝土内支撑的支护体系。

5结语

本文综合分析基坑规模、开挖深度、周边环境状况的影响及本工程场地地质岩土的分布情况，从基坑工程的环境影响、支护、支撑特点等方面出发，选择出适合本工程的深基坑支护方案为排桩（设止水帷幕）结合钢筋混凝土内支撑的支护方案。

参考文献

［1］陈云杰.钢筋混凝土深基坑支护水平支撑轴力及变形对支护效果的影响研究［D］.南宁：广西大学，2017.

［2］胡斌，郭利娜.武汉地铁名都站深基坑围护结构水平变形分析与仿真模拟研究［J］.工程勘察，2012（8）：7-12.

［3］黄明，裴丽，刘新荣，等.软土地层中深基坑SMW工法施工数值分析［J］.地下空间与工程学报.2012，8（3）：577-582.

［4］刘忠昌.深基坑开挖对近邻地下管线位移影响的数值模拟分析［D］.北京：北京工业大学，2005.

［5］王素霞.基坑开挖对临近建筑物影响的数值分析研究［D］.南京：南京工业大学，2006

［6］中华人民共和国建设部.JGJ72-2004高层建筑岩土工程勘察规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2004.

作者:彭修宁 陈云杰 单位:广西大学土木建筑工程学院