深基坑开挖的岩土工程问题 岩土工程深基坑支护设计思路及问题
时间：2019-04-10 03:20:11 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：文章主要结合笔者多年的工作实践，介绍了基坑支护的重要性，并对深基坑支护设计要求及思路进行分析，并提出了深基坑支护设计中注意的主要问题，旨在为类似的工程提供参考与借鉴。
关键词：岩土工程 ， 深基坑 ， 支护设计，问题
Abstract: the paper mainly based on the author of many years working practice, this paper introduces the importance of foundation pit, and the deep foundation pit bracing design requirements and ideas to carry on the analysis, and put forward the deep foundation pit bracing design of the main problems of the attention, for the purpose of similar projects and reference.
Keywords: geotechnical engineering, deep foundation pit, supporting design, problem
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
目前，高层建筑的迅速兴起，促进了深基坑支护技术的发展。各地在深基坑开挖和支护技术方面积累了丰富的设计和施工经验，一大批新技术、新结构、新工艺不断涌现。但目前深基坑支护结构的设计理论、设计原则、运算公式等，已不能满足深基坑开挖与支护结构的实际需要；导致一些基坑工程出现坍塌等事故，造成人员生命和财产的巨大损失。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 基坑支护的重要性
目前，在岩土工程中基坑施工时，为确保施工安全，防止塌方事故发生，必须对开挖的基坑采取支护措施。建筑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、基坑类型、基坑开挖掘深度、降排水条件、周边环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，做到合理设计、精心施工、经济安全。
2 深基坑支护的设计要求
基坑支护作为一个结构体系，应要满足稳定和变形的要求，即通常规范所说的两种极限状态的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状态，对基坑支护来说就是支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏，出现较大范围的失稳。一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数，不致使支护产生失稳，而在保证不出现失稳的条件下，还要控制位移量，不致影响周边建筑物的安全使用。对于设计的计算理论，不但要能计算支护结构的稳定问题，还应计算其变形，并根据周边环境条件，控制变形在一定的范围内。
一般的支护结构位移控制以水平位移为主，主要是水平位移较直观，易于监测。水平位移控制与周边环境的要求有关，这就是通常规范中所谓的基坑安全等级的划分。
（1）对于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的，则应控制小变形，此即为通常的一级基坑的位移要求；
（2）对于周边空旷，无构筑物需保护的，则位移量可大一些。理论上只要保证稳定即可，此即为通常所说的三级基坑的位移要求；介于一级和三级之间的，则为二级基坑的位移要求。
（3）对于一级基坑的最大水平位移，一般宜不大于30mm；对于较深的基坑，应小于 0.3%H，H 为基坑开挖深度。
（4）对于一般的基坑，其最大水平位移也宜不大于50mm。一般最大水平位移在30mm内地面不致有明显的裂缝，当最大水平位移在 40-50mm 内会有可见的地面裂缝。因此，一般的基坑最大水平位移应控制不大于50mm 为宜，否则会产生较明显的地面裂缝和沉降、感观上会产生不安全的感觉。一般较刚性的支护结构，如挡土桩、连续墙加内支撑体系、其位移较小，可控制在 30mm 之内，对于土钉支护，地质条件较好，且采用超前支护、预应力锚杆等加强措施后可控制较小位移外一般会大于30mm。
2 基坑支护的设计思路
对于一个支护结构的设计，不仅要考虑拟建工程的自然地形、地质条件、当地的经验及技术条件，还要考虑国家和地方以及行业现行的法律和法规。因此设计方案的重点在于可行性方案的筛选与优化，对支护结构方案的选择和优化可按以下步骤进行：
（1）先对要施工的基坑支护工程进行考察，如果深度较大，应首先考虑悬臂式支护结构，该结构主要利用基坑地面以下土体提供的土压力来维持支护体系平衡，主要结构形式为桩排支护结构和地下连续墙两类，若边坡土质较好，地下水位较低，一般采用桩排支护结构。一般情况下，如果基坑较浅或被动区土层性质较好时，悬臂式支护方案较为经济合理；而当基坑较深或被动区土层性质较差时，该方案就相对不经济。
（2）如果悬臂式支护结构不合理，我们还可以考虑其他形式的可行方案，比如钢板桩支护、土钉支护、网状树根桩加固、逆作法等。工程设计人员应根据工程的具体情况，具体问题具体分析，通过综合评定、比较分析的方法来确定支护结构的种类以及不同基坑支护方案所需的支护材料。
（3）在设计支护方案的时候，还要充分考虑地下水的影响，因为它直接关系到设计方案的成败。但同时需要注意的是施工现场的土质是否适合井点降水，有时候还要考虑采用井点降水会不会影响周围环境，通常的情况下，为了减少井点降水对环境造成的负面影响(比如引起的地面附加沉降等)，我们还可采用井点回灌技术，尽量将这种负面影响减少到最低程度。总之，不同的支护结构适应于不同的水文地质条件。因此，应因地制宜选择经济适用的方案。
3 深基坑支护设计中应注意的问题
3.1 支护结构侧向土压力的计算问题
（1）土压力的分布和计算，目前国内普遍采用古典的朗肯土压力理论，且假定支护结构是竖直的，土压力的作用方向水平，墙背光滑，不计土体对支护体的摩阻力。朗肯土压力理论用到支护结构计算上时，由于该理论的主动土压力和被动力土压力是建立在极限平衡状态概念的基础上。据现有的研究结果表明，达到被动土压力的位移一般为达到主动土压力位移的 10-50倍。在实际工程中，由于支护结构常常不允许产生达到被动极限平衡状态时所需要的位移，实际的被动土压力一般均低于被动极限值。因此，在进行支护结构计算时，用朗肯土压力理论计算所得到的被动土压力是偏大的，使用时需要折减。折减系数的取值与被动区上体的土质和支护结构的型式密切相关，应根据被动区土体的土质和支护结构型式，以及对支护结构位移限制的程度，采用不同的折减系数。譬如对水泥土重力式挡墙，当被动区的土层为淤泥质粘土时，折减系数宜取0.5-0.6；当被动区土层为砂性土或被动区土体已经过水泥搅拌桩改良时，折减系数可取0.75-0.85；对于被动土压力的计算，如考虑土体的弹性抗力作用，会更接近于实际。由于土的弹塑性性质，其抗力问题比较复杂，目前仍普遍按弹性地基的假定进行计算，通常采用文克勒假定的弹性地基上竖直梁的计算方法。
3.2悬臂式板桩墙支护结构计算问题
悬臂式板桩墙支护结构的内力计算，目前多用 H.Blum理论来求解。此理论假定坑底出现的被动土压力近似地发生在弯点下面，并在这部分阻力的中心处(C点)用一个反力Rc来代替，支护桩插入深度t0用X来表示。它必须满足围绕C点使∑Hc=0的条件。由于土的阻力是向板桩方向逐渐增加，使用∑Hc=0的等式时会得到一个较小的插入深度，H.Blum 建议计算所得的X增加，20% 即插入深度t0=u+1.2X。为简化计算，H.Blum 提供了理论计算曲线图，避免了多次方程求解，为计算提供了方便。
3.3 土水压力的计算问题
传统深基坑侧上压力的计算理论主要以朗肯理论和库仑理论为基础，这两种理论无论在基本假设上，还是在计算原理上都存在一些缺陷。主要表现为：一是实际深基坑工程围护墙通常不满足古典土压力理论的假设条件。二是古典土压力理论没有考虑围护墙的变形过程，而仅以墙体位移达到使墙后土体出现极限状态的平衡条件为计算依据。实际上围护墙变形通常达不到使土体出现极限平衡状态的位移值，且其变形是随开挖的深入而变化的，上压力也随着变化。此外，传统深基坑侧土压力的计算方法没有顾及深基坑坑内外通常存在较大水位差的实际情况，忽视了渗流效应对土压力的影响等问题。在设计时，应当注意影响土水压力的若干因素。具体包括：土体的应力状态和应力路径、孔隙水压力、边界条件等。
4 结束语
综上所述，基坑的开挖与支护结构是一个系统工程，涉及工程地质、水文地质、工程结构建筑材料、施工工艺和施工管理等多方面。它是集土力学、水力学、材料才学和结构力学等于-体的综合性学科。支护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体。正因如此，无论是结构设计还是施工组织都应当从整体功能出发，将各组成部分协调好，才能确保它的安全可靠经济合理。
参考文献
[1]陈忠汉，黄书秩等.深基坑工程[M].北京，机械工业出版社，2003.
[2]王政华.某工程深基坑支护设计[M].山西建筑，2009(27).
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