巖土工程中建筑深基坑支護設(shè)計研究

（鹽城市建筑設(shè)計研究院有限公司，江蘇鹽城 224002）

目前，巖土工程中建筑工程發(fā)達，隨著社會的發(fā)展，人們對出行和住宿的要求不斷提高[1]。巖土工程中建筑支護設(shè)計需要不斷優(yōu)化。目前，國內(nèi)外正在進行深基坑支護設(shè)計的研究。19世紀(jì)70年代，國外有學(xué)者提出土壓力計算方法，此后，眾多學(xué)者在這一計算方法的基礎(chǔ)上，不斷研究土之間的摩擦力、極限平衡[2]。20世紀(jì)50年代，對基坑方面問題進行了研究。20世紀(jì)70年代，將數(shù)值模擬引入基坑設(shè)計中[3]。隨著建筑工程高度的增加，基坑的深度在不斷增加，20世紀(jì)90年代以后，國內(nèi)外學(xué)者開始重視深基坑的支護安全，研究出了放坡開挖、土層錨桿、懸臂式支護結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐體系、復(fù)合支護形式等技術(shù)。

1 設(shè)計巖土工程中建筑深基坑支護

1.1 選擇建筑深基坑支護設(shè)計方案

巖土工程中建筑深基坑支護，主要目的是保護基坑，確定基坑在建設(shè)的過程中，不會被附近的土體掩埋。在設(shè)計建筑深基坑支護時，需要確定支護結(jié)構(gòu)，具有一定的強度和穩(wěn)定性要求。在建設(shè)的過程中，可以做到建筑成本少、時間短，基坑開挖時，對環(huán)境的破壞小。根據(jù)土層的特點，選擇相適應(yīng)的深基坑支護形式。

勘察建筑工程地點，勘察其土層特點，根據(jù)建筑工程所需要的深度，選擇相適應(yīng)的支護形式。對支護形式的選擇，需要考慮建筑工程的大小尺寸、形狀，建筑工程附近及其地下水利條件，施工時間、方法、工藝等建筑工程施工，對支護形式的影響因素。

根據(jù)上述條件，確定深基坑支護形式后，需要確定基坑支護圍護結(jié)構(gòu)和支撐體系。支護圍護結(jié)構(gòu)是針對建筑工程存在的地下水問題所建設(shè)的隔水帷幕。支撐體系是為了防止建筑工程在建筑的過程中，由于基坑難以承受建筑使用材料導(dǎo)致工程出現(xiàn)安全隱患。針對深基坑支護圍護結(jié)構(gòu)和支撐體系，需要根據(jù)建筑工程特點，選擇相適應(yīng)的支護圍護結(jié)構(gòu)和支撐體系。

可根據(jù)上述敘述內(nèi)容，完成建筑基坑支護施工，其中，需要計算基坑支護土壓力、靜止土壓力強度、最小嵌固深度、圍護結(jié)構(gòu)長度、圍護樁內(nèi)力與變形等參數(shù)。將這些參數(shù)代入施工流程中，完成建筑深基坑支護設(shè)計。施工流程圖如圖1所示。

圖1 施工流程

2 確定建筑深基坑支護參數(shù)

在基坑施工過程中，根據(jù)建筑工程環(huán)境及施工參數(shù)，確定基坑支護形式、圍護結(jié)構(gòu)和支撐體系。確定基坑施工方案，得到施工流程，根據(jù)施工流程，計算基坑支護土壓力、靜止土壓力強度、最小嵌固深度、圍護結(jié)構(gòu)長度、圍護樁內(nèi)力與變形等參數(shù)。

計算支護土壓力，可以分為主動性土壓力和被動性土壓力兩種。其中，主動性土壓力計算，可以采用經(jīng)典的庫侖主動土壓力計算理論。主動性土壓力E1如下：

式中：H——墻與土的接觸高度（m）；γ——土體重度（kN/m3）；a——庫侖主動土壓力系數(shù)。

被動性土壓力，需要采用經(jīng)典的朗肯被動土壓力計算理論。設(shè)朗肯被動土壓力系數(shù)為p，被動土壓力E2如下：

對靜止土壓力強度的計算，目前計算的方法已被統(tǒng)一，其計算如下：

式中：P——靜止土壓力強度；k——靜止土壓力系數(shù)；z——基坑深度；E0——靜止土壓力。

可以通過按照樁頂自由和樁底簡支的靜定結(jié)構(gòu)，計算最小嵌固深度。設(shè)式（2）得到的被動側(cè)土壓力，疊加的合力為E被，被動合力E被對樁底的力臂為b1，式（1）得到的主動側(cè)土壓力，疊加的合力為E主，主動合力E主對樁底的力臂為b2，最小嵌固深度為E被b1-E主b2=0，E被b1表示被動側(cè)土壓力的合力及合力對樁底的力臂，E主b2表示主動側(cè)力臂。

計算圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計長度：

式中：L——圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計長度（m）；x——基坑面至圍護結(jié)構(gòu)土壓力為零之點的距離（m）；K——經(jīng)驗嵌固系數(shù)；t——土壓力為零之點至樁底的距離（m）。

圍護樁在基坑支護使用過程中，由于建筑物的壓力，會產(chǎn)生一定的內(nèi)力與變形作用，導(dǎo)致建筑物失衡，在基坑支護設(shè)計中，圍護樁內(nèi)力與變形是非常重要的參數(shù)。計算時，應(yīng)根據(jù)建筑工程施工、材料、土壓力、最小嵌固深度等參數(shù)進行計算。在計算圍護樁內(nèi)力與變形時，可以采用極限平衡法和彈性地基梁法兩種理論。其中，極限平衡法可以分為靜力平衡法和等值梁法。根據(jù)式（1）和式（2）得到的被動土壓力和主動土壓力，計算圍護樁靜力平衡。當(dāng)基坑設(shè)計的建筑工程屬于復(fù)雜基坑和軟土地區(qū)時，需要采用等值梁法。根據(jù)式（4）得到的最小嵌固深度，計算圍護樁靜力平衡，得到圍護樁內(nèi)力與變形值。

應(yīng)考慮圍護樁產(chǎn)生內(nèi)力與變形作用時，支護的結(jié)構(gòu)力平衡及其產(chǎn)生力變形時，需要的協(xié)調(diào)值。通過上述計算式，計算得到基坑支護的支護土壓力、靜止土壓力強度、最小嵌固深度、圍護結(jié)構(gòu)長度、圍護樁內(nèi)力與變形等參數(shù)，反映樁與土之間的相互作用，得到基坑，在建筑工程所施加力的作用下，產(chǎn)生的變形。

綜合上述內(nèi)容，可確定支護需要的所有參數(shù)。進行計算和分析，得到基坑參數(shù)值，代入施工流程，即可完成基坑支護整體設(shè)計，并用于工程建筑施工中。

2 實例驗證

針對設(shè)計的深基坑支護，將選擇某區(qū)域的建筑工程，進行實例驗證。此次選擇的建筑工程約130 m×80 m的占地范圍，103 062 m2的總建筑，將建設(shè)11.5 m深的基坑。經(jīng)過勘察發(fā)現(xiàn)，該工程地下水距離地面的深度僅有21.83～22.84 m，屬于潛水層，僅有1 m的年均水位變幅。

針對上述對建筑工程的勘察結(jié)果，選擇此次設(shè)計的建筑深基坑支護和傳統(tǒng)基坑支護，分別對該工程進行深基坑支護設(shè)計，對比本文支護設(shè)計與傳統(tǒng)支護設(shè)計，有建筑物和無建筑物兩側(cè)，維護結(jié)構(gòu)水平位移，確定深基坑支護的安全穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)支護無建筑物一側(cè)，較本文支護無建筑物一側(cè)，圍護結(jié)構(gòu)水平位移下降不明顯，但距樁頂距離比本文支護無建筑物一側(cè)遠(yuǎn)6 m；傳統(tǒng)支護有建筑物一側(cè)，較本文支護有建筑物一側(cè)，樁徑與嵌固深度較大，距離增長5 m，水平位移最大處變化達到0.01 mm；此次設(shè)計的基坑支護，相較傳統(tǒng)支護中水平位移、距樁頂距離都發(fā)生變化，均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)基坑支護。此次設(shè)計的建筑深基坑支護，所承受的壓力均高于傳統(tǒng)基坑支護，其各處受力均勻，對建筑工程的支護的穩(wěn)定性高，水平支撐剛度高。維護結(jié)構(gòu)水平位移對比如圖2所示。

圖2 維護結(jié)構(gòu)水平位移對比圖

3 結(jié)語

綜上所述，此次設(shè)計的巖土工程中建筑深基坑支護，從建筑工程環(huán)境入手，確定基坑支護設(shè)計方案，確保建筑深基坑支護與工程相適應(yīng)。此次研究的基坑支護設(shè)計，未考慮基坑支護施工過程中地下水源的解決問題。在今后的研究中，應(yīng)深入研究基坑降水量對基坑支護的影響，避免其他因素，造成基坑支護的穩(wěn)定性下降，造成基坑支護難以承受建筑工程重量，出現(xiàn)生命財產(chǎn)安全問題。