基坑支护结构设计原则及结构选型浅析

随着 城 市建设 的不 断 发展 ， 下空 间 的利 用 已经 地
１２ 钢 筋混凝 土板桩 ．
越来越受到人们的重视 ， 现代城市大型建筑工程均设
有 地下 室 ， 因此基 坑 开 挖 已成 为 城 市 建筑 工 程 中相 当 重 要 的一部 分 。 由于 城市 建 筑 比较密 集 ， 下 管线 众 地
作者简介 ： 钱逢龙 （９ ７ ） 男 ， １７ 一 ， 工程师 ， 主要从事岩土工程勘察 、 摹坑支护设 汁与施工等工作。
第 ３期
钱逢 龙 ． 基坑 支护结构设计原则及结构选 型浅析
１５ ７
锚 固式 ： 钻孔灌注排桩与土层锚杆、 锚定板等联合 使用 ， 可用于较深 的基坑。该结构形式具有挖土效率
渗 性 能差 ， 易 进 水 ， 容 因此 通 常 只在 浅 基 坑 支 护 结 构 中 。“ 森 ” 板 桩 通 过 锁 口彼 此 互 相 咬合 连 接 ， 拉 钢 具 有刚度大 、 渗水能力强 ， 抗 因此 经 常应 用 于较 深 的 基 坑 支 护结 构 中。
的工程实例 中极少发生坍塌或者地基沉降等事故 。ｌ 另
力比较合理 ， 使得支护材料的强度得 以充分发挥 ， 整体 刚度较大 ， 位移量很小。围筒式支护结构一般是利用 钻孔灌注桩形成圆形 、 弧形排桩结构 ； 或者利用水泥搅 拌桩 、 素混凝土桩形成拱形结构 ， 仅在拱脚位置设置一
根 钢筋 混凝 土桩 ， 来增 墙结 构 的稳定 性 。 １６ 水 泥土 深层 搅拌 桩挡 墙 ．
外， 地下 连 续墙 施 工震 动 比较 小 、 生 的噪 音 较低 ， 产 对 周 围 的地 基不 产生 扰 动 ， 因此 非 常适 用 于 城 市建 筑 基 坑 开挖支 护工 程 。地 下 连续 墙 的适 应性 特 别 强 ， 适 能 应 于各种 地基 条件 下 的支 护结 构 ， 常 应 用 于较 深 的 经 基 坑支 护 中 ， 比如 地 铁 、 站 、 层地 下 车 库 等 。但 是 车 多
２ ２ 正 常使 用极 限状 态 ．
我们通常也将正常使用极限状态称之为变形极限 状态。基坑支护结构在土侧压力的作用下若发生较大
位移 ， 么周 围的地表 势必会 出现下 沉 ， 那 有可 能导 致 周
围筒式 支护 结构 按照 平 面布置 形式 又 可 以分 为拱 形、 圆形 、 合 型等结 构形 式 。该种 支护 结构 的结构 受 复
限状态 以及正常使用极限状态来进行设计验算。
２ １ 承载 力极 限状 态 ．
我们通常也将承载力极限状态称之为应力极限状
态 。包 括 下列 几种情 况 ：
出整个土体的位移场和应力场。它的优点在于能充分
①抗剪切破坏要求满足下式 ： ． ≤［ ｐ ｒ 丁］ ｐ
的考虑土体的性质， 采用不同的模型、 边界条件 ， 从而更
２ １ 年 ６月 ０１ 第 ３期 文章编号 ：６ ２ ８６ （ ００ ０ — ７ ～ ３ １７ — ２ ２ ２ １ ） ３ １４ ０
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市
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形状作出模拟， 对一些角撑、 圈梁和围檩模拟。
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城
市
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４ 支 护 结构 选 型
基坑 支护 的 目的是 确保 基坑 开挖 自身坑 壁 的稳 定 及施 工 安全 ； 证 周 围 临近 结构 物 、 下 管线 的安 全 ； 保 地 便 于基坑 开挖施 工 及 地 下 工程 建 设 ； 护 结 构受 力 明 支
因此 ， 基 坑开 挖 时 ， 以抵抗 很 大 的 土压 力 ， 以往 在 可 在
钢板 桩利 用 震 动 打 桩 机 械 或 者 插 打 机 械 按 照 设
计位置插打就位 ， 并设置 内支撑 系统 ， 分层开挖逐层 支撑 ， 在工程施工 完成后便 可 以 回收再 次利 用。通 常我们使用的钢板桩有“ 拉森 ” 钢板桩与槽钢钢板桩 两种。槽钢钢板桩 由于刚度较小 、 容易变形 ， 而且抗
一
５ 总 结
基 坑支 护结 构 的选 型 、 计 不但 关 系 到 该工 程 的 设 施 工安 全 ， 对 周 围建 筑 物 的安 全 有 很 大 的 影 响 ， 还 因 此， 要将 安全 放 在 首要 位 置 。另 外 ， 还要 因地 制 宜 ， 选 用结 构合理 、 工方便 、 施 经济适 用 的支护 结构形 式 。
确、 施工方便 、 节约成本。因此 ， 支护结构选 型应该本
着安 全 、 经济 、 合理 、 因地适 宜 的原则 。 安全 是基 坑支 护 结 构 的核 心 问题 ， 仅 仅要 考 虑 不
况合理选用支护体系。
支护体系 自 身的安全， 确保基坑开挖施工的顺利进行 ， 又要保证周围结构物 、 地下管线 的正常使用 。支护结 构的经济性指的也不仅仅是支护结构 自身的造价 ， 还 应该考虑到施工工期 、 安全等各方面的综合经济效益 。
有限元法可 以在确保支护结构 的安全情况下 ， 最 大限度的优化支护结构 ， 让其结构更为合理 ， 更经济。
有 限元 分析 法 主要有 “ 续介 质 有 限元 法 ” “ 连 与 弹性 杆 系 有 限元 法 ” 两种 。 有 限元 法就是 将 土 体 、 护 结构 进 行单 元 划分 ， 支 通 过数值模 拟 ， 而得到支护结 构 的 内力 、 从 位移 ， 也可 以算
围的结构物出现开裂 ， 响其正常使 用。若变形量过 影 大， 甚至会造成周围建筑物倾斜 、 倒塌 ， 地下管线 断裂 等情况。因此 ， 在进行基坑支护结构设计时必须 确保
支护 结构 的位 移量 控制 在允 许 范 围以 内。
３ 计算方法
以前采用的古典法及解析法计算出来的结果与实
际情况 误差 比较 大 ， 为 它们 均 不 能 有 效 的反 应 基 坑 因
事先分块预制好钢筋混凝 土板桩 ， 每块间利用企
口结合 ， 当混 凝 土强度达 到设计 要 求后 ， 利 用打 桩 机 便
械将其打入设计位置。钢筋混凝土板桩具有较大的刚 度及抗渗能力 ， 能适用各种基坑的开挖支护 ， 但是钢筋 混凝土板桩的投入是一次性 的， 因此其施工成本较高。
１ ３ 地 下连续 墙 ．
中图分类号 ：Ｕ ５ Ｔ ７３
文 献标 识 码 ： Ｂ
基坑支护结构设计原则及结构选型浅析
钱逢 龙
（ 芜湖市勘察测绘设计研究院 ， 安徽 芜湖 ２ １０ ） ４０ ０
摘 要： 基坑 开挖是现代建 筑工程施 工非 常关键 的工程 ， 尤其是在 现代城 市建筑施工 中， 必须确保 临近 结构物 、 管线 、
管道 的安全 ， 又要 确保 基坑 自身的施 工安全 ， 因此基坑 开挖 支护 结构设计 尤为重要 ； 另外 ， 也应该根 据 不同的地质条
件、 安全等级选用不 同的支护形 式， 以达到安全 、 稳定 、 于施 工、 便 经济的 目的。文章 就常用的几种基坑 支护结构形 式
的 适 用 条件 以及 基坑 支护 结构 的设 计 原 则进 行 了探 讨 。 关 键 词 ： 坑 支护 ； 计 原 则 ； 构 选 型 基 设 结
加真实的反映实际情况； 对于分步施工过程可以采用动 态模拟计算， 可对每一步开挖的应力和位移作出分析。 采用空间三维有限元分析还可以较好的对基坑的整体
其 中：。 为桩所 承受 的剪应力 ； 丁 ］ ［ 。 为支护结构
的抗剪强度 。 ②抗倾覆破坏的极限状态要求满足下式 ：
Ｅ。 Ｅ ≥
幕， 软粘 土地基 中基 坑 工 程 支 护体 系失 稳 往往 是 支 护 结构 失稳 。引起 支 护 结 构 失稳 的原 因很 多 ， 设 计 方 有 面 的原 因 ， 也有 施工方 面 的原 因 ， 也有对 地质 条 件 了解 不 清楚 的原 因 。渗透 性较 大 的地基 中基坑 工程 支 护体 系失 败往 往是 水 的问题未 处理 好 。要 根据 地基 土 质情
悬臂式结构 的特点是施工作业 面开 阔， 基坑开挖 施工效率高， 相对 比较经济。但是其支护深度应该根
据 不 同 的地 质条 件 以及不 同的桩径 而确 定 。
内支撑式就是在基坑内设置型钢支撑杆或者钢筋 混凝土支撑杆 ， 以抵抗土侧压力 ， 通常支撑可水平设置 也可以斜向设置。在支护结构不高 、 开挖深度不大 的
情 况下 通常 采用 斜 向支 撑 ； 基 坑 深 度 较 大 时一 般 采 而 用 水平 支撑 ， 并分 多层 布 置 。
１ ５ 围简式 支护 结构 ．
④抗弯破坏的极限状态要求满足 ：
≤［ ］
式中 ： 为支护结构截面所受的弯矩 ； ］ ［ 为支护
结构 的抗 弯 强度 。
的层数 数量 的增 加 ， 支撑 架 设 前 后 挡 土 结构 的位 移 变 化， 支撑 预 加力对 挡 土结 构 内力 的影 响 等 问题 。
２ 基坑支护结构 的设计原则
基坑支护结构设计应该根据其破坏后果的严重性 分别采用不同的安全等级。若破坏后果相 当严重应采
用 一 级安 全等 级 ， 坏后 果严 重 的采用 二 级 ， 坏 后 果 破 破 不 严 重 的采 用 三级 。基 坑支 护结 构通 常按 照 承载 力极
型及其设计原则进行深入的探讨。
１ 基坑支护结构 的类型
Ｉ ｉ 钢 板桩 ．
土 ， 成 一个 槽段 ， 形 依次 施 工其 他 槽段 ， 段 问 采用 特 槽 殊 的接 头方式 连 接 ， 而 在地 下 形 成一 道 钢 筋 混凝 土 从 墙 。地下连 续墙 具 有 刚度 大 、 水 、 渗 性 能相 当强 ， 截 抗
采用深层搅拌法形成重力式挡墙 ， 通常布置成格 栅状 ， 该结构无需设置支撑 ， 不渗水 ， 施工材料仅为水 泥， 无需钢材 ， 因此造价较低。但是 ， 其稳定性与其截 面尺寸有很 大关系， 若开挖深度较大时 ， 该类结构 的宽 度也需要增大 ， 因此占地面积较大。
开挖过程中挡土结构与支撑结构 的轴立变化。所 以， 现在基本上都是采用有 限元法来进行计算 ， 该法可 以 有效地计人施工过程 中各种 因素的影响 ， 比如被 动土 压力及主动土压力 的变化 ， 随着开挖深度的增加支撑
地下连续墙施工成本比较高。
１４ 钻 孔灌 注排桩 ．
在周围建筑物 比较密集的软土地区不适Байду номын сангаас采用钢 板桩支护。因为在软土中打入钢板桩 时， 会对周围的
利用钻孑灌注桩作为挡土结构 ， Ｌ 各桩『 采用压 力 白 Ｊ 注浆或者旋喷桩来进行 防渗水处理， 再用钢筋混凝土 圈梁将排桩连接成整体结构 ， 从而形成基坑支护结构 。 该种支护结构可分为锚固式 、 悬臂式 、 内支撑式 二种结 三
多， 基坑开挖施工即要保证相邻结构物的安全， 又要确
保 自身 的施 工安 全 ， 就对基 坑 支护结 构 的安全 、 靠 这 牢
性提出了更高的要求 ， 尤其是支护结构 的形式及其结
构设计 尤 为重要 。文 章主要 就基 坑开 挖支护 结 构 的选
地 下连续墙 是 指 利用 专 门的挖 槽 机 械 ， 地 上 在 按 照设计 位置 ， 出一道 狭长 的深槽 ， 挖 并将 事先 加工 好 的钢筋 笼安装 于 槽 内， 然后 采 用 导 管法 灌 注 水 下混 凝
构形式。
土体产生挤压 ， 可能会 引起地 面隆起 ， 当工程 结束 而
后 ， 出钢板桩时 ， 拔 又会带 出大量的泥土 ， 从而形成 比
较大的空洞， 如果不及时采取有效的措施 ， 将非常容易 导致周围的地面下沉 ， 而影响周围结构物的稳定。
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高、 施工方便 等优点 ， 水泥用量 及钢材用 量 比较大 。 但是
式 中： Ｅ 为支护结构承受 的被动土压力 ； Ｅ 为支 护结构承受的主动土压力 。 ③抗滑动破坏的极限状态要求满足 ：
≤［． ７］ 式 中 ： 为滑 动面 上地基 土受 到 的剪应 力 ； ］ ［ 为 地 基土 的抗 剪强 度 。