深基坑支护结构研究

深基坑支护结构研究

摘要：随着中高层及超高层建筑的大量涌现，深基坑工程越来越多，同时，密集的建筑物，大深度基坑周围的复杂地下设施，都使得深基坑支护问题愈来愈重要。本文介绍了几种常见的深基坑支护结构方式，然后分析了支护机构的设计计算方式，最后提出了支护方案的优选方法，对深基坑支护结构的研究有一定借鉴价值。

关键词：深基坑；支护结构；优选

abstract：this article describes several common deep foundation pit supporting structure the way, and then support the design method of calculation finally, then provide the preferred method of supporting program, it has a certain reference value for deep foundation pit supporting structure.key words: deep pit; supporting structure; preferred

中图分类号：tv551.4文献标识码：a文章编号：

引言

基坑工程是建筑工程的一个重要组成部分，基坑工程的成败事关工程全局。

在深基坑设计中，支护问题正在成为我国建筑工程界的热点问题之一。在当前的建筑市场，高层建筑地下基础的造价中通常有三分之一要投资在基坑开挖支护上。众所周知，支护通常都为临时性的

建筑结构，在基础施工完后它便失去了存在的意义，也就是说在以后的建筑物使用中，不需要支护结构承担任何荷载，花三分之一的人财物力来修筑这样一个“无用”的结构。然而，它并不是真的“无用”，在前期基础施工中它占有举足轻重的地位，一旦支护结构失稳，将会对周围建筑、生命线工程产生极大破坏，不但造成巨大的经济损失，甚至会危及人的生命安全。

深基坑支护工程既不同于建筑主体的施工，也不同于一般的边坡工程，其主要具有以下几方面的特点:（1）深基坑工程具有很强的区域性和实践性。不同的地区工程地质条件和水文地质条件都不同，且差别较大，因而深基坑围护结构设计及施工与开挖方式都应因地制宜。（2）深基坑工程具有很强的个性。深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关，还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关，具有很强的个性。（3）深基坑工程具有较强的环境效应。深基坑工程的开挖，将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对相邻建筑物、构筑物及市政地下管线产生影响。

二．深基坑支护的方式

工程实践采用何种支护主要依据基坑开挖深度、岩土体物理力学性质、基坑周边环境及施工工艺参数等因素来综合考虑决定。

1、悬臂式支护结构。是指未加任何支撑或锚杆，仅靠伸入坑底

一定深度的岩土体来平衡上部地面超载、土压力以及水压力的支护结构，如图1所示。对于悬臂式支护结构，其嵌入深度至关重要。悬臂式支护结构可分为连续的板桩式结构、分离的排桩式结构和地下连续墙结构。开挖基坑底以上部分呈悬臂受力状态，无支点作用，受力条件明确，支护结构的弯矩随开挖深度成平方增加状态，与有内支撑支护结构相比，该支护结构桩顶位移及构件弯矩值比较大，故该支护结构一般用于土质条件较好、基坑深度不大及对水平位移要求不是很严格的基坑。土质较好时，可适度增大基坑开挖深度，一般不易超过10m。

a 锚叮拉锚

b 锚桩拉锚

图1 悬臂式支护结构图2 地面拉锚式支护结构

2.拉锚式支护结构。地面拉锚式支护结构由挡土结构、拉杆(索)和锚固体组成，锚固体通常使用锚固桩或锚旋板，如图2所示。这种支护形式要求基坑周围无障碍物或拉杆及锚固体有地方设置。在进行锚旋、锚桩拉锚系统布置时，需意识到锚固体前面的被动土压力是提供支反力的，为了保证整个系统的稳定性，锚固体必须位于基坑外土体主动滑移面之外。

3、内撑式支护结构。一种由挡土结构和内支撑系统组成的组合式结构结构，如图3所示。挡土结构一般采用护臂桩或地下连续墙;内撑为挡土结构的稳定提供足够的支撑力，直接平衡两端围护结构上所承受的侧压力，目前较常用的是钢支撑和现浇钢筋混凝土支

撑。

a 水平支撑体系

b 竖向斜支撑体系

图3 内支撑支护机构

内支撑支护结构可适用于各种地质条件下的基坑工程，而最能发挥其优越性的是软弱地层中的基坑支护工程，尤其是对基坑变形控制要求严格的城市建筑物密集地区；该围护形式适用的基坑深度不受限制。适用于平面尺寸不太大的基坑，尺寸过大将导致内支撑面尺寸太大，从而可能出现经济不合理的情况。内支撑最大的缺陷在于占据坑内空间，给土体开挖和主体结构的施工造成许多干扰，影响施工进度。

4．土钉支护。近年来用于基坑开挖和边坡稳定的一种新型基坑支护结构，由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层组成，形成一种复合挡土结构，以此来抵抗墙后传来的土压力和其他作用力，以保证基坑开挖与支护的稳定，如图4。

图4 土钉支护结构

5.其他支护方式。除上述介绍意外，还有许多别的支护方式，如重力式支护机构等等，这些都需要根据实际情况来进行选择。三．深基坑支护的设计计算

1.常规设计方法。最常用的包括等值梁法、残余力矩法等，其要点是在选择一定的入土深度，在满足总体稳定、抗隆起、抗渗流要求下，用经典土力学理论计算主动土压力和被动土压力然后对重力

式刚性挡墙验算其抗倾覆、抗滑移稳定性，安全系数沿用设计规范中普通挡土墙的规定。这种方法对于普通挡土墙或开挖深度不深的钢板桩是比较成熟的。但对于深基坑，特别是软土中的深基坑支护结构设计，就难以考虑更为复杂的条件和难以分析支护结构的整体性状。

2.弹性抗力法，针对常规方法中挡土墙内侧被动土压力计算中出现的问题提出了改进。由于挡土墙位移有控制要求，内侧不可能达到完全的被动状态，实际上仍在弹性抗力阶段，因此，引用承受水平荷载桩的横向抗力的概念，将外侧主动土压力作为施加在墙体上的己知水平荷载，用弹性地基梁的方法计算挡土墙的变位与内力。土对墙体的水平向支撑用弹性抗力系数来模拟。支锚结构也用弹簧模拟，计算与实际符合与否取决于基床系数的选取，通常用m法计算，即基床系数k随深度比例增长。

3.有限元法，它可以从整体上分析支护结构及基坑周围土体各点的应力与位移性状，能够考虑土体的非线性、流变性等性质，而且可动态模拟开挖支撑的施工过程，不仅为事前设计与方案比较，而且为信息反馈施工管理提供实时处理的阶段。从原理上说，常规方法存在的问题在有限元方法中都可以不同程度的得到解决。除了数值分析方法本身的问题以外，用有限元方法的关键是正确选用计算模型和设计参数。

四．支护方案的优化选择