市政工程常用基坑支護結(jié)構(gòu)類型及設(shè)計分析

魏利斌

摘 要：近年來，因城市道路、地鐵隧道、綜合管廊等工程的迅猛發(fā)展，基坑工程的規(guī)模與難度越來越大。特別是在城市的復(fù)雜環(huán)境中，基坑周邊復(fù)雜的相鄰建筑物以及地下管網(wǎng)等極大的增加了基坑支護的難度。在市政工程建設(shè)過程中，如何合理選擇支護結(jié)構(gòu)，并依據(jù)基坑工程特點進行科學(xué)的設(shè)計成為當(dāng)前基坑工程亟待解決的重要問題。

關(guān)鍵詞：市政工程；基坑支護；結(jié)構(gòu)類型

1市政工程常用基坑支護結(jié)構(gòu)的類型

1.1放坡開挖

由于放坡開挖只對土質(zhì)的要求高，在技術(shù)方面的要求低，所以采用放坡開挖施工成本相對較低。此外，對于放坡挖掘施工場地也有一定的要求，如果放坡的場地過小，不能滿足放坡所需要的面積，則不利于放坡施工的正常開展。放坡的坡度是根據(jù)土質(zhì)的狀況、放坡周圍土體的荷載能力和施工技術(shù)、施工設(shè)備決定的，同時，放坡的坡度要滿足設(shè)計要求，確?；舆吰碌姆€(wěn)定性。

1.2土釘墻支護結(jié)構(gòu)的特點

土釘墻是由天然土體通過土釘加固并與噴射混凝土面板相結(jié)合，形成一個類似于重力式的擋墻以此來抵抗墻后的土壓力，從而保持基坑邊坡的穩(wěn)定，這個擋墻就被稱為土釘墻支護結(jié)構(gòu)。土釘墻支護施工成本小、所需施工場地小。在利用土釘墻支護結(jié)構(gòu)對邊坡進行支護前，要對施工區(qū)域周圍土體和環(huán)境進行勘測，對勘測到的數(shù)據(jù)進行分析，以滿足工程的施工需求。

1.3排樁支護結(jié)構(gòu)的特點

排樁支護結(jié)構(gòu)是以某種樁型按隊列布置組成的基坑支護結(jié)構(gòu)，多用于深基坑施工場地。通常由支護樁、支撐及防滲帷幕等組成。排樁可根據(jù)施工情況分為懸臂式支護結(jié)構(gòu)、拉錨式支護結(jié)構(gòu)、內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)。

懸臂式支護結(jié)構(gòu)更適用于基坑深度不大或是坑底地質(zhì)條件較好的情況，否則，過大的設(shè)計內(nèi)力會導(dǎo)致樁頂位移不好控制或者配筋過大，從而增加基坑支護的風(fēng)險且不經(jīng)濟。拉錨式結(jié)構(gòu)適用于基坑周邊無其他建、構(gòu)筑物基礎(chǔ)的情況，否則錨桿可能會影響相鄰建、構(gòu)筑物而無法實施。內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)適用于地質(zhì)條件較差或支護內(nèi)力較大的情況，但其缺點是對現(xiàn)場施工組織有較大影響。

2深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的基本理論與方法

基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算包括外力分析、內(nèi)力計算、基坑整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性、地基承載力、支護結(jié)構(gòu)及鄰近建構(gòu)筑物的變形等。近年來，隨著巖土力學(xué)理論的發(fā)展，研究者們提出了多種計算理淪和方法，歸納起來，其基本方法大致包括極限平衡法、彈性抗力法、數(shù)值計算法三類。

極限平衡法是在經(jīng)典土壓力理論的基礎(chǔ)上形成的，極限平衡理論認為當(dāng)巖土體中某一破壞面上的各點達到極限平衡時巖土體發(fā)生破壞，此時在支護結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的外力則運用于支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算。其理論本身有較多的假設(shè)，因此，理論計算和實際監(jiān)測結(jié)果有一定的出入。然而，多年來的工程實踐證明，在沒有找到更為完善的土壓力理論之前，按經(jīng)典的庫侖土壓力理論或朗肯土壓力理論進行工程計算是簡潔并且符合工程安全需求的。

彈性抗力法是基于變形的計算方法，其基本假設(shè)是認為被支護的巖土體處于彈性抗力階段，從而由于變形而導(dǎo)致的土體對支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的力就可以通過彈性抗力系數(shù)來進行計算。一般適用于錨拉式結(jié)構(gòu)或受力對稱的內(nèi)支撐式平面結(jié)構(gòu)。

數(shù)值分析法隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而得以更廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)點是可以更加全面的考慮支護結(jié)構(gòu)與土體之間的相互作用，可以從整體上分析支護結(jié)構(gòu)及周圍土體的應(yīng)力和位移，可以考慮時間等動態(tài)因素，完成人力無法完成的大量復(fù)雜計算。然而準(zhǔn)確的選取巖土體參數(shù)甚至本構(gòu)模型是數(shù)值分析的關(guān)鍵，如果沒有這方面的準(zhǔn)確把握，數(shù)值分析也僅僅是數(shù)字游戲而已。

3深基坑支護結(jié)構(gòu)方案概念設(shè)計

由于深基坑支護結(jié)構(gòu)周邊環(huán)境及巖土體的復(fù)雜性，以及計算輸入的不確定性，甚至包括計算理論的不完備，基坑支護結(jié)構(gòu)更應(yīng)該著重于概念設(shè)計，確保能夠滿足工程建設(shè)的需要。

3.1充分重視基坑工程中水的作用

水對基坑邊坡的穩(wěn)定性影響極大，關(guān)鍵在于水對邊坡的物理作用、化學(xué)作用以及力學(xué)作用，這些作用從邊坡巖土體的材料性質(zhì)，結(jié)構(gòu)面強度等方面顯著的提高邊坡的下滑力或是降低阻滑力，通常情況下是兩者兼有，從而降低基坑邊坡穩(wěn)定性。因此，基坑工程支護設(shè)計應(yīng)首先做好防排水措施，確保不會發(fā)生極端情況，從而保證支護結(jié)構(gòu)計算模型的正確性。

3.2合理考慮施工方案對設(shè)計的影響

深基坑工程施工方案主要有順作法、逆作法、順逆結(jié)合法，不同的施工組織對支護結(jié)構(gòu)的影響是不同的，因為深基坑支護必須保證在每一個工況下結(jié)構(gòu)是安全可靠的，不同的工況下的支護結(jié)構(gòu)完成情況以及外力是不同的。因此，方案設(shè)計時應(yīng)考慮逆作法的可能性，竟可能的減小施工過程中支護結(jié)構(gòu)的失效的風(fēng)險。

3.3做好對基坑工程建設(shè)過程的預(yù)判

如前所述，深基坑支護是一個非常復(fù)雜的工程。由于工程實際情況的變化而導(dǎo)致變更設(shè)計在所難免，因此在設(shè)計之初應(yīng)盡量去分析可能出現(xiàn)的問題，從而給后續(xù)變更留有余地。

4深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項

4.1考慮深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的動態(tài)性

基坑工程施工過程中很可能會出現(xiàn)設(shè)計沒有考慮到的情況，可能會影響到施工的正常進行，按照原先設(shè)計的方案已經(jīng)不能繼續(xù)施工，這是就需要針對設(shè)計方案進行修改。

根據(jù)實際情況調(diào)整方案，這就是所謂的動態(tài)設(shè)計方法，主要是為了適應(yīng)深基坑支護結(jié)構(gòu)施工中遇到的不定因素，全面監(jiān)測深基坑支護結(jié)構(gòu)工程，為深基坑支護結(jié)構(gòu)工作的正常進行提供保障。

4.2支護結(jié)構(gòu)選擇中需要注意的問題

目前在市場上有許多類型的支護結(jié)構(gòu)，形式比較多，在深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計中，選擇合適的支護結(jié)構(gòu)也屬于比較重要的環(huán)節(jié)，安全是選擇支護結(jié)構(gòu)的最主要考慮的因素，在進行支護結(jié)構(gòu)的選擇工作中，首先需要考慮施工現(xiàn)場的實際情況，保證支護結(jié)構(gòu)在使用過程中不會出現(xiàn)過大的變形。另外，在支護結(jié)構(gòu)的選擇中，成本預(yù)算同樣比較關(guān)鍵，要在經(jīng)濟預(yù)算范圍之內(nèi)選擇安全性比較高的支護結(jié)構(gòu)，因為支護結(jié)構(gòu)只是在深基坑的施工過程中具有作用，在深基坑工程完成之后就沒有利用價值，所以需要考慮成本控制問題。最后要保證選擇的深基坑支護結(jié)構(gòu)能夠為施工提供方便，保障施工的效率。

4.3在設(shè)計中利用新的技術(shù)理念

在進行深基坑的支護結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要按照實際情況進行設(shè)計，利用目前比較先進的技術(shù)和先進的理念設(shè)計，要具體情況具體分析。目前在進行深基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，都還處于探索階段，沒有固定的計算方式，所以在進行設(shè)計的過程中，要與時俱進，學(xué)會利用新的技術(shù)和理念進行設(shè)計。

4.4需不斷研究深基坑支護結(jié)構(gòu)技術(shù)

由于深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計還處于不完善的階段，所以需要不斷進行深基坑技術(shù)的研究與應(yīng)用。工程實踐在深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮著重要的作用，所以應(yīng)從以往的深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中不斷總結(jié)相應(yīng)的經(jīng)驗。目前我國建筑行業(yè)也處于不斷發(fā)展的階段，地下空間開發(fā)強度越來越大展，有利于積累深基坑支護技術(shù)原始資料和數(shù)據(jù)，但是這種數(shù)據(jù)中很多部分沒有進行科學(xué)的測試，所以不能形成理論性的資料數(shù)據(jù)，僅供在進行設(shè)計的過程中參考，所以深基坑支護技術(shù)還需要不斷發(fā)展。

5結(jié)語

當(dāng)前的城市建設(shè)發(fā)展已經(jīng)朝著高空或地下發(fā)展，鑒于對城市環(huán)境的保護，城市建設(shè)更側(cè)重于地下空間的開發(fā)，基坑巖土工程的數(shù)量與難度會越來越大，這對我們設(shè)計工作提出了巨大挑戰(zhàn)，基坑支護設(shè)計應(yīng)該在充分分析建筑場地周邊環(huán)境的基礎(chǔ)上進行，積極推廣新技術(shù)在實際工程中的運用，采用動態(tài)法設(shè)計，逐步建立更為全面的基坑支護設(shè)計模式，從而提高基坑支護設(shè)計能力，為城市地下空間開發(fā)保駕護航。

參考文獻：

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