论文浅析深基坑工程的支护技术

浅谈深基坑工程的支护技术

论文摘要

结合近年来一些深基坑支护设计与施工，概述了较成熟的深基坑支护结构选型及适应条件，简述了深基坑设计理论及其存在的一些问题，对深基坑支护工程在今后的工程技术应用进行了探讨，以期进一步完善深基坑支护技术。

深基坑工程是随着城市建设事业的发展而出现的一种新类型的岩土工程。基坑支护设计与施工应综合考虑工程地质与水文地质条件、基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、周围坏境对基坑侧壁位移的要求、基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素，因做到因地制宜，因时制宜，理论设计、严格监控、信息化施工。放下一段基坑支护是一个综合性的岩土工程问题，既涉及土力学中典型强度与稳定问题，又包含了变形问题，同时还涉及到土与支护结构的共同作用以及结构力学等问题。随着对这些问题的认识及其对策研究的深入，越来越多的新技术在深基坑工程中也得到广泛应用。

论文关键词：深基坑支护结构类型土压力支护结构计算地下水控制开挖监测施工

深基坑支护结构类型

深基坑支护的结构类型主要有：

1)土钉墙支护。土钉墙是采用土钉（如钢筋、钢筋锚索土钉）加

固的基坑侧壁土体与护面等组成的支护结构，是一种确保边坡稳定式的支护,它是起主动嵌固作用,增加边坡的稳定性,使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙的适用条件是：①基坑侧壁安全等级宜为二、三级；

②基坑深度不宜大于12m；③当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。

2)排桩或地下连续墙。排桩(如旋挖桩、长螺旋灌注桩等）是以某种桩型按队列式布置组成的基坑支护结构。地下连续墙是用机械施工方法成槽浇灌钢筋混凝土形成的地下墙体。通常连续墙的厚度为

600mm、800mm、1000mm不等，地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式。排桩或地下连续墙适用条件是：①适于基坑侧壁安全等级一、二、三级；②悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m；③当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙。

3)水泥土墙。水泥土墙是由水泥桩相互搭接形成的帷幕、壁状等形式的重力式结构。此结构施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微。水泥土墙适用条件：①基坑侧壁安全等级宜为二、三级；②水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150KPa；③基坑深度不宜大于6m。

4)逆作拱墙。逆作拱墙结构型式根据基坑平面形状可采用全封闭拱墙，也可采用局部拱墙。逆作拱墙适用条件是：①基坑侧壁安全等级宜为二、三级；②淤泥和淤泥质土场地不宜采用；③拱墙轴线的矢

跨比不宜小于1/8；④基坑深度不宜大于12m；⑤地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。

5)放坡。放坡的适用条件是：①基坑侧壁安全等级易为三级；②施工场地满足放坡条件；③可独立或与上述其他结构结合使用；④当地下水位高于坡脚时，应采取有效降水措施。

注：基坑侧壁安全等级及重要性系数见下表：

深基坑支护的土压力

土强度指标的选择

土的抗剪强度指标C，与土的固结度有密切的关系，土的固结过程就是土中孔隙水压力的消散过程，对于同一种土，在不同排水条件

下进行试验，可以得出不同的抗剪指标C，故试验条件的选取应尽可能反映地基土的实际工作状态。在基坑支护设计中应采用三轴试验的指标，才能保证选取参数值的客观性和准确性。对于黏性土，计算围护结构背后由自重应力而产生的主动土压力采用三轴试验的固结不排水剪的指标与实际工作状态较致，但由地面临时荷载而产生的土压力，通常采用三轴不排水剪指标较合理。特别对于软黏性土，最好采用现场十字板的原位测试方法确定c，因为室内试验的扰动影响太明显，强度指标偏低，使设计过于保守。计算基坑内被动土压力时，一般宜采用三轴固结不排水剪。对于砂土，由于排水固结迅速，对于任何情况，均可采用排水剪指标，或采用固结不排水剪经孔隙水压力修正后的c，值来计算土压力。

土压力计算理论及方法

1)试验结果证实了太沙基理论的定性结论，土压力大小取决于位移的大小和位移方向；

2)实测结果表明，当变形小于5％H(H为开挖深度)时，被动土压力仍然能得到充分发挥，所以说，对于深基坑工程的实际变形情况而言，套用一些经验的位移指标来判断墙前土体是否达到被动极限状态，是有一定局限性的；

3)在黏性土上的许多基坑支护工程，护坡桩钢筋强度未完全发挥，实际钢筋应力还低于钢筋的设计强度，造成很大浪费，而造成钢筋应力低的原因主要是计算土压力大于实际土压力。实验还表明，把

基坑支护结构视为平面是不合理，因为基坑工程的“角效应”即土压力的空间效应，对墙体位移有明显的抑制作用。利用这种空间效应可以在两边折减桩数或减少桩的配筋量。

水土压力的合算与分算

按照有效应力原理，可知“土、水压力分算”比“土、水压力合算”概念要清楚。但由于要测得有效应力强度指标，一般试验难以做好，而且水、土压力合算法在一些软黏土地区的临时性开挖工程中土压力计算值与实测值较为符合。

土在有水作用时，墙后土压力主要是水、土压力共同作用的结果，在未搞清水、土耦合效应的前提下，水、土压力合算是一个包含一定的实践经验的综合方法，对工程实践来说是有利的。

为搞清墙后土体在水、土共同作用下的破坏机理，进行水、土压力分算，是符合系统科学原理的方法。

支护结构计算方法

支护结构的计算方法主要有：

1、静力平衡法。静力平衡法亦称自由端支承法，该法假定围护结构是刚性的，并可绕支撑点转动。围护结构的前侧产生被动土压力，后侧产生主动土压力。静力平衡法适用于围护结构的入土深度不太深即底端非嵌固的情况，此时围护结构由于土压力的作用而达到极限平衡状态。利用墙前后土压力的极限平衡条件来求插入深度、结构内力等。

2、等值梁法。单支撑(锚拉)埋深板桩计算，将其视为上端简支、下端固定支承，变形曲线有一反弯点，一般认为该点弯矩值为零，于是可把挡土结构划分为两段假想梁，上部为简支，下部为一次超静定结构，其弯矩图不变，该法称为等值梁法。实践表明，等值梁法计算板桩是偏于安全的，实际设计计算常将最大弯矩予以折减，折减经验系数为0．6～0．8，一般取0．74。等值梁法基于极限平衡状态理论，假定支挡结构前后受极限状态的主被动土压力作用，不能反映支挡结构的变形情况，亦即无法预先估计开挖对周围建筑物的影响，故一般仅作支护体系内力计算的校核方法之一。

3、弹性地基梁的m法。基坑工程弹性地基梁法取单位宽度的挡墙作为竖直放置的弹性地基梁，支撑简化为与截面面积、弹性模量和计算长度等有关的二力杆弹簧。弹性地基梁法中土对支挡结构的抗力(地基反力)用土弹簧模拟，地基反力的大小与挡墙的变形有关，即地基反力由水平地基反力系数同该深度挡墙变形的乘积确定。即f=mzy，其中，f为土对支挡结构的水平地基反力，kN／m2；为比例系数，kN ／m4；为计算深度，m；为计算点处挡墙的水平位移m。弹性地基梁的m法优点是考虑了支护结构与土体的变形协调。工程实践表明，在软土中的悬臂桩支护计算采用m法，计算位移与实测位移有很大差异，实测位移是计算值的好几倍。这说明桩后土体变形已不再属于弹性范围。另外，m法无法直接确定支护结构的插入深度，通常假定试算有很大的随意性，有时桩底落在软弱土层中，还需经验来修正。