关于深基坑支护设计问题分析

关于深基坑支护设计问题分析

薛华顺

中国建筑材料工业地质勘查中心福建总队福建省福州市350000

摘要：本文在深基坑工程的特点基础上分析深基坑支护设计存在的问题，并提出相应的改进方法和处理对策，以期在今后的工程实践中不断总结和提高深基坑支护技术水平，为发展深基坑工程的理论和实践做出贡献。

关键词：深基坑；支护设计；周边环境；设计理念

导言：近年来，随着我国城市建设的迅猛发展，高层、超高层建筑不断涌现，地铁车站、铁路客站、明挖隧道、市政广场、桥梁基础等各大型工程日益增多，地下空间开发规模越来越大，随之支护结构的设计计算、基坑对周边环境的影响等许多问题逐步凸显出来，因此，对深基坑支护的安全问题，工程技术人员应予以高度重视。

1深基坑工程的特点

1.1岩土工程条件区域性强

场地工程地质条件和水文地质条件对基坑工程性状具有极大的影响。软粘土地基、砂性土地基、黄土地基等地基中的基坑工程性状差别很大。同是软粘土地基，天津、上海、杭州、宁波、温州、福州、昆明等各地软粘土地基性状也有较大差异。地下水，特别是承压水对基坑工程性状影响很大。但各地承压水特性差异很大，承压水对基坑工程性状影响差异也很大。基坑工程具有很强的区域性。

1.2周边环境条件影响大

基坑工程不仅与场地工程地质条件和水文地质条件有关，还与周围环境条件有关。周围环境条件复杂时（例如要保护周围的建筑物），需要较严格控制支护结构体系的变形，此时基坑工程应按变形控制设计。若基坑处在空旷区，支护结构体系的变形不会对周围环境产生不良影响，则基坑工程可按稳定控制设计。几乎每个基坑工程的周围环境条件都有差异，因此应重视对基坑周围环境条件的调查分析，既要重视周围环境对基坑工程性状的影响，也要重视基坑工程对周围环境的影响。

1.3时空效应强

基坑工程的空间大小和形状对支护体系的工作性状具有较大的影响。在其它条件相同的情况下，面积大，风险大；形状变化大，风险大；面积相同时，正方形比圆形风险大。基坑周边凸角比凹角处风险大。基坑土方的开挖顺序对基坑支护体系的工作性状也具有较大影响。这些经验表明，基坑工程的空间效应很强。另外，土具有蠕变性，随着土体蠕变的发展，土体的变形增大，抗剪强度降低，因此基坑工程具有时间效应。在基坑支护结构设计和土方开挖中要重视和利用基坑工程的时空效应。

1.4系统性强

基坑支护体系设计、支护体系施工、土方开挖，地下结构施工是一个系统工程。支护体系设计应考虑施工条件的许可性，尽量利于施工。支护体系设计应对基坑工程施工组织提出要求，对基坑工程监测和基坑支护体系变形允许值提出要求。基坑工程需要加强监测，实行信息化施工。

2当前深基坑支护存在的问题

2.1支护结构设计计算问题

作用在支护结构上的主要荷载是水土压力。其中，土压力与土的抗剪强度、支护结构的位移、作用时间等有关，其精确计算很困难。另外，土水压力计算是采用水土合算还是水土分算也很复杂。传统的库伦主动土压力理论主要适用于重力式挡土墙等刚性支护结构，而不适合柔性支护结构，对于柔性支挡体系，我国规范推荐方法是建立在经典的朗肯和库伦土压力理论上，用于原状土和柔性支挡结构中不尽合理，需对此进行补补充完善。基坑支护体系是一个很复杂的体系，其设计计算理论虽然在不断发展与进步，但不可能完善。作用在支护结构上的荷载需要设计人员认真分析、合理选用。为此，基坑支护结构设计中应重视地区经验，采用概念设计的理念进行设计。

2.2基坑周边环境复杂

基坑支护体系的变形和地下水位变化都可能对基坑周边的道路、地下管线和建筑物产生不良影响，严重的可能造成破坏。然而，对基坑支护体系变形和地下水位变化大小的预估和控制目前还比较困难，特别是深厚软土地区。基坑工程的环境效应强，其设计和施工一定要重视环境效应。通过精心设计、认真监测，实行信息化施工，合理控制支护体系的变形和地下水位变化，必要时还需采取工程保护措施，减少基坑工程施工对周边环境的影响。

2.3基坑开挖存在的空间效应考虑不周

大量的实测资料表明：基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小。深基坑边坡的失稳，常常以长边的居中位置发生。说明深基坑开挖是一个空间问题。传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。对一些细长条基坑来讲，这种平面应变假设是比较符合实际的，而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。所以，在未进行空间问题处理前而按平面应变假设设计时，支护结构要适当进行调整，以适应开挖空间效应的要求。

2.4土体的物理力学参数选择不当

在深基坑支护设计中，各项设计参数都需要严格按照规范要求的标准执行，才能够确保设计方案的安全性。其中支护结构所承担土压力大小直接影响其安全度。在设计基坑支护结构时，人们通常采用库伦土压力理论或朗肯土压力理论计算土压力值，不论是采用库伦土压力理论或朗肯土压力理论，都需要应用土的抗剪强度指标（内摩擦角、粘聚力），但是由于精确计算土压力还存在一定的难度，因为需要结合土的含水率、内摩擦角以及粘聚力等参数，然而这三个量是不固定的，随着工程的进展会不断的发生变化，因此很难准确计算出作用在支护结构上的实际受力。在深基坑支护结构设计中，如果对地基土体的物理力学参数取值不准，将对设计的结果产生很大的影响，这是目前在深基坑支护设计中存在的物理力学参数的问题。

3深基坑支护设计的改进方法

3.1转变传统的设计理念

近年来，深基坑支护结构的实际设计和施工方法仍处于探索阶段，土压力计算仍按库伦土压力理论或朗肯土压力理论，基坑支护结构计算，在初期基本上采用了经典土压力理论，对于悬臂式支护结构，采用应用经典土压力为作用结构上的荷载进行结构设计，对于单层或多层支点结构，则应用等值梁法进行简化设计，随着工程上对基坑支护结构设计提出的更高要求，如需要计算支护结构各点的变形时，等值梁法就难以满足变形计算要求。另外，对于土质较为软弱的情况，经典土压力理论计算悬臂式支护结构在设计上也存在不少问题，如嵌固深度偏大等问题，因此应改变传统设计理念，采用平面杆系结构弹性支点法，弹性理论用于深基坑支护工程设计已逐渐在全国各地应用，同时坚持“边观察、边施工”的信息化施工原则，在施工过程中通过实测数据检验工程设计所采用的各种假设和参数的正确性，及时改进施工技术或调整设计参数以取得良好的工程效果，做好优化设计和信息化施工。

3.2制定深基坑支护土工试验标准，推广原位测试技术

室内试验得到的土强度参数，由于对土体的扰动或是操作人员技术水平的原因，较难真实反映土体原位状况，对于灵敏度高的软粘土等来说，则应尽可能采用原位测试结果，随着深基坑工程对勘察技术要求的提高，需要加强该领域的研究，提高原位测试技术水平。

3.3加强基坑工程施工环境效应及对策研究

基坑工程施工环境效应主要指支护结构施工、土方开挖，以及基坑工程施工期间地下水位变化对周边环境造成的影响，其性状十分复杂。基坑工程环境效应主要与场地工程地质和水文地质条件、周边环境、基坑规模及支护结构型式、施工组织等因素有关。许多问题值得进一步研究，特别是当场地具有复杂工程地质和水文地质条件的同时又遇到复杂的周边环境时，这类工程要认真研究，如考虑深厚软粘土地基中深大基坑的施工引起的周边土体位移对既有古建筑的影响。在进一步研究基坑工程施工环境效应的同时，还要加强关于既有建筑物、市政设施对地基土体变形的适应能力，特别是对不均匀沉降的抵御能力的研究。在基坑工程施工环境效应对策研究中，既要重视研究如何减少基坑工程施工环境效应，也要重视研究既有建筑物和市政设施的保护技术。努力做到精心设计、加强监测、坚持信息化施工，不断提高基坑工程的环境保护水平。

3.4提高地下水控制水平

对基坑工程事故原因的分析表明，未能有效控制地下水是基坑工程事故的主要原因之一。基坑工程渗水漏水处理不好，往往会酿成大的工程事故。要重视发展地下水控制设计计算理论和地下水控制技术，重视对地下水控制原则的研究。在基坑工程中，能降水就尽量不用止水帷幕堵断水，若必须采用止水措施时也要尽量降低坑内外的水头差。止水帷幕的设计容易，但施工形成不漏水的止水帷幕比较困难，或成本较高。目前只有采用TRD技术施工才能确保止水帷幕不漏水。

3.5发展按变形控制设计理论

现有的基坑工程支护设计基本上基于按稳定控制设计的理论，被动地进行变形控制。目前基坑工程变形控制设计逐步从概念走向理论，进而到设计规程。发展按变形控制设计的理论非常重要，有助于基坑工程能主动进行变形控制，进一步提高基坑工程的环境保护水平。现在发展按变形控制设计理论已有较好的基础，在理论研究和工程实践两方面已有较多较好的积累。发展基坑工程按变形控制设计的理论要重点加强对变形控制值，土压力计算、支护体系变形计算、支护体系与地基—支护结构共同作用分析等理论和方法的研究，坚持理论与工程实践相结合，不断总结经验。通过发展按变形控制设计的理论，进一步提高基坑工程支护设计水平，满足工程建设需要。

3.6发展新型基坑支护型式

近些年许多新技术在基坑工程中得到应用，如复合土钉墙、SMW工法、TRD技术、扩大头锚索、锚索回收技术、浆囊袋技术等。未来大量基坑工程的建设还会催生新的支护护体系和新技术的发展。如何根据工程建设的实际需要发展新型基坑支护体系和支护新技术，将是基坑工程支护技术的重要发展方向。

4结束语

深基坑工程是一门不断发展着的综合性很强的学科，涉及土力学、工程地质、结构力学、环境科学等诸多基础科学及应用。多年来我国在深基坑的建设中积累了很多宝贵的经验，但仍不能满足目前深基坑工程的技术要求，加强深基坑工程相关的基础理论研究，有助于不断提高深基坑工程的理论和技术水平。

参考文献：

[1]?龚晓南.基坑工程实例[M].中国建筑工业出版社,2016.10.

[2]?黄强，惠永宁.深基坑支护工程实例集[M].中国建筑工业出版社,1997.12.

[3]?李广信，龚晓南.深基坑支护技术指南[M].中国建筑工业出版社,2017.08.

[4]李继业,李树枫.深基坑支护存在的问题与研究方向[J].建筑技术开发,2001,28(6):1-3.