土質(zhì)深基坑的支護(hù)方案選用及計(jì)算分析

摘" 要：城市建設(shè)蓬勃發(fā)展、地下空間開發(fā)需求持續(xù)攀升的背景下，土質(zhì)深基坑工程的重要性日益凸顯。支護(hù)方案的科學(xué)抉擇與精準(zhǔn)的計(jì)算分析，不僅是保障土質(zhì)深基坑施工安全的關(guān)鍵，更是維護(hù)周邊環(huán)境穩(wěn)定、有效控制工程成本的核心要素。[A2]"全面且深入地闡述了土質(zhì)深基坑支護(hù)方案的選用原則，涵蓋安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性及可施工性，確保支護(hù)方案在保障安全的同時(shí)，契合不同工程實(shí)際情況。結(jié)合具體工程案例，詳細(xì)解析從方案確定、結(jié)構(gòu)計(jì)算措施，為土質(zhì)深基坑支護(hù)工程提供極具科學(xué)性與實(shí)用性的參考依據(jù)，助力工程安全、高效開展。

關(guān)鍵詞：土質(zhì)深基坑" 支護(hù)方案" 土壓力" 支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力

中圖分類號(hào)：TU753

Discussion oOn tTh[A3]"e Selection aAnd Calculation Analysis oOf Support Schemes fFor Deep Soil Deep Foundation Pits

CHEN Guangrong "LI Wenxue

China Municipal Engineering ZhongnanCentral South Design and Research Institute Co.， Ltd.， Wuhan， Hubei Province， ，430010 China

Abstract： Against the backdrop of booming urban construction and increasing demand for underground space development， the importance of soil deep excavation engineering is becoming increasingly prominent. The scientific selection and precise calculation analysis of support schemes are not only the key to ensuring the safety of soil deep foundation pit construction， but also the core elements for maintaining the stability of the surrounding environment and effectively controlling engineering costs. The selection principles of soil deep foundation pit support schemes are comprehensively and deeply elaborated， covering safety， economy， applicability， and constructability， ensuring that the support schemes are suitable for different engineering situations while ensuring safety. Based on specific engineering cases， this article provides a detailed analysis of the scheme determination and structural calculation measures， providing highly scientific and practical reference for soil deep foundation pit support engineering， and assisting in the safe and efficient development of the project.

Key Wwords： Soil deep foundation pit; Support plan; Earth Soil pressure; Internal force of supporting structure

隨著城市化的高速發(fā)展，城市土地資源愈發(fā)緊張，向地下要空間成為必然趨勢。深基坑工程作為地下空間開發(fā)的基礎(chǔ)，面臨著諸多挑戰(zhàn)。在土質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行深基坑施工時(shí)，不僅要應(yīng)對(duì)土體自身的力學(xué)特性，還要考慮地下水的影響。同時(shí)，周邊密集的建筑物和地下管線，對(duì)基坑的變形控制提出了極高要求。一旦支護(hù)方案不合理，可能引發(fā)基坑坍塌、周邊建筑損壞、地下管線破裂等嚴(yán)重事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此，研究土質(zhì)深基坑支護(hù)方案的選用與計(jì)算分析意義重大。

1" 土質(zhì)深基坑支護(hù)方案選用原則

1.1" 安全性原則

支護(hù)結(jié)構(gòu)必須要保障有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，可以承受一定的土體壓力、水壓力、施工期間的各類荷載，以保證基坑施工期間坑壁不會(huì)產(chǎn)生坍塌或滑坡等問題，確保施工人員與周邊環(huán)境的安全。在設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)期間，需充分考慮土體物理力學(xué)性質(zhì)、地下水情況、基坑開挖深度與形狀等因素，選用合理的計(jì)算模型與安全系數(shù)。

1.2" 經(jīng)濟(jì)性原則

針對(duì)不同的支護(hù)類型造價(jià)進(jìn)行詳細(xì)分析、對(duì)比，綜合考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)的材料成本、施工成本、維護(hù)成本、工期等因素，選擇經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的施工方案。同時(shí)，也要避免出現(xiàn)過度設(shè)計(jì)，以免造成不必要的浪費(fèi)。例如[A4]"：針對(duì)一些開挖深度較淺、周邊環(huán)境簡單的基坑，可以優(yōu)選放坡開挖、簡易支護(hù)的方式，如土釘墻支護(hù)；對(duì)于開挖深度較大、周邊環(huán)境較為復(fù)雜的基坑，則要在確保安全的前提下，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)降低成本^[1]。

1.3" 適用性原則

根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、基坑周邊環(huán)境、施工條件等綜合選擇支護(hù)方案。不同土質(zhì)條件對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)存在不同的適應(yīng)性。例如[A5]"：針對(duì)[A6]"黏性土，較為適用于土釘墻、排樁等支護(hù)形式；針對(duì)砂性土，考慮到其滲透性較強(qiáng)，可以根據(jù)需求采用止水效果更好的地下連續(xù)墻或攪拌樁止水帷幕結(jié)合排樁的支護(hù)形式。

1.4" 可施工性原則

所選支護(hù)方案應(yīng)具備良好的可施工性，可以在規(guī)定工期內(nèi)順利實(shí)施。選擇的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于操作，施工工藝成熟可靠，施工期間易于控制質(zhì)量與安全。同時(shí)，充分考慮施工期間可能存在的各類問題，包括地下水處理、土方開挖順序與方法等，并制定有效的應(yīng)對(duì)措施。例如[A7]"：在軟土層中，使用灌注樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)避免發(fā)生塌孔現(xiàn)象；采用錨桿支護(hù)時(shí)，應(yīng)保證錨桿的支護(hù)效果^[2]。

2" 常見土質(zhì)深基坑支護(hù)形式及對(duì)比分析

2.1" 放坡開挖

放坡開挖作為一種較為簡單、經(jīng)濟(jì)的基坑支護(hù)方案，適用于開挖深度較淺、周邊場地開闊、土質(zhì)條件較好且地下水位較低的區(qū)域。其運(yùn)行原理時(shí)通過合理設(shè)置邊坡坡度，讓土體在自身重力作用下保持穩(wěn)定性。放坡開挖的優(yōu)勢是成本低、施工簡單、工期短，無[A8]"須復(fù)雜的支護(hù)結(jié)構(gòu)；缺點(diǎn)是需要較大施工場地，對(duì)周邊環(huán)境有較高要求，并且開挖深度大或土質(zhì)較差時(shí)，難以保證邊坡穩(wěn)定性。

2.2" 土釘墻支護(hù)

土釘墻支護(hù)[A9]"是在土體內(nèi)設(shè)置一定長度、密度的土釘，借助土釘和土體間的摩擦力、黏結(jié)力，最終形成一個(gè)穩(wěn)定的組合體。土釘墻支護(hù)適用于地下水位以上或經(jīng)降水處理后的[A10]"黏性土、粉土、雜填土及非松散砂土等土質(zhì)條件，開挖深度一般在12 m以內(nèi)。該支護(hù)方案的優(yōu)勢是施工效率高、速度快、成本低、對(duì)周邊環(huán)境影響??；缺點(diǎn)是土體自立性要求高，不適用于軟土地層、砂土地層，并且在地下水豐富的區(qū)域，需要采取有效的降水措施^[3]。

2.3" 排樁支護(hù)

排樁支護(hù)是指將鋼筋混凝土樁、鋼板樁按照一定間距進(jìn)行排列，形成擋土結(jié)構(gòu)。根據(jù)樁的不同類型，可以分為預(yù)制樁、灌注樁、鋼板樁等。排樁支護(hù)適用于各類土質(zhì)條件、不同開挖深度的基坑，特別是在周邊環(huán)境復(fù)雜、對(duì)地形控制要求較高的情況，更能彰顯其優(yōu)勢。排樁支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、剛度大、擋土效果好，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成過大影響；缺點(diǎn)是施工工藝較為復(fù)雜，施工成本[A11]"相對(duì)較高，并且施工中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲等問題。

2.4" 地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻是采用專門的成槽設(shè)備，在泥漿護(hù)壁條件下，開挖出一定長度的溝槽，并在溝槽內(nèi)吊放鋼筋籠、澆筑混凝土，形成連續(xù)的鋼筋混凝土墻體。地下連續(xù)墻具有止水效果好、剛度大、對(duì)周邊環(huán)境影響小等優(yōu)勢，適用于各類復(fù)雜的地質(zhì)條件與深基坑工程；其缺點(diǎn)是施工設(shè)備昂貴、施工工藝復(fù)雜、成本高、施工周期長。

2.5" 內(nèi)支撐和錨桿支護(hù)

內(nèi)支撐是指在結(jié)構(gòu)內(nèi)[A12]"設(shè)置水平支撐體系，如鋼支撐、混凝土支撐等，借助支撐體系將支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的荷載傳遞給基坑周圍土體或其他穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。錨桿支護(hù)則是在土體內(nèi)鉆孔，并插入錨桿，通過錨桿與土體間的錨固力抵抗土體側(cè)壓力。內(nèi)支撐適用于形狀規(guī)則、面積較小的基坑，優(yōu)點(diǎn)是支撐剛度大、變形控制好；缺點(diǎn)是影響地下結(jié)構(gòu)施工和土方開挖。錨桿支護(hù)適用于周圍有足夠錨固空間的情況，優(yōu)點(diǎn)是不占用基坑內(nèi)部空間、施工便捷；缺點(diǎn)是對(duì)錨固地層有較高要求，軟土地層使用受限^[4]。

3" 土質(zhì)深基坑支護(hù)方案選用與計(jì)算措施

3.1" 工程概況

某城市商業(yè)綜合體項(xiàng)目，位于城市核心區(qū)域，地理位置十分關(guān)鍵?；娱_挖深度達(dá)10 m，場地地層較為復(fù)雜，上部主要為粉質(zhì)[A13]"黏土，厚度約4 m，其天然重度為19 kN/m3，內(nèi)摩擦角為18°，[A14]"黏聚力為15 kPa；下部為粉砂層，厚度約6 m，天然重度為20 kN/m3，內(nèi)摩擦角為30°，[A15]"黏聚力為5 kPa。地下水位埋深較淺，僅為2 m。基坑周邊緊鄰已有20層高層建筑，基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，距離基坑邊緣最近處僅8 m；同時(shí)，旁邊還有城市主干道，各類地下管線密集分布，這對(duì)基坑變形控制提出了極為嚴(yán)格的要求，允許的最大水平位移不得超過30 mm，周邊建筑物的最大沉降不得超過20 mm。

3.2" 支護(hù)方案選擇

首先，深度剖析了工程的地質(zhì)條件，場地上部粉質(zhì)黏土雖然有一定[A16]"黏聚力，但內(nèi)摩擦角較小，自立性欠佳；下部粉砂層滲透性強(qiáng)，如果地下水位控制不當(dāng)，則容易發(fā)生管涌、流沙問題^[5]。

其次，充分權(quán)衡周邊環(huán)境，項(xiàng)目緊鄰20層高層建筑，其樁基礎(chǔ)距離基坑邊緣間距僅有8 m，一旦基坑變形過大，會(huì)影響相鄰建筑基礎(chǔ)，導(dǎo)致建筑沉降、傾斜。旁邊城市主干道下分布密集的地下管線，任何微小基坑變形都可能造成管道破裂、通信中斷等后果。所以，嚴(yán)格控制基坑變形是支護(hù)方案選擇的核心要點(diǎn)。

對(duì)上述支護(hù)形式進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比后，鉆孔灌注樁施工方案更加適宜，成為擋土結(jié)構(gòu)的首選，可以有效承受土體的側(cè)向壓力，確?；颖诘姆€(wěn)定性。再加上施工產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲更小，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成過大影響，[A17]"符合本項(xiàng)目抵觸城市核心區(qū)域的特殊要求。

內(nèi)支撐選用鋼筋混凝土支撐，主要考慮到其強(qiáng)大的變形控制能力，可以有效抵抗基坑變形，將水平位移、周邊建筑沉降控制在允許范圍內(nèi)。支撐采用對(duì)撐形式，該布設(shè)方式受力明確、傳力更直接，可以確保支撐結(jié)構(gòu)承受的荷載傳遞到穩(wěn)定土體。第一道支撐設(shè)置在距離地面1.5 m處，第二道支撐位于距離地面5 m處，如此設(shè)置既能充分發(fā)揮支撐的作用，又能為土方開挖和地下結(jié)構(gòu)施工提供較為便利的作業(yè)空間。

3.3" 支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

采用朗肯土壓力理論計(jì)算土壓力，考慮到粉質(zhì)[A18]"黏土和粉砂的物理力學(xué)性質(zhì)，確定了主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力系數(shù)。利用彈性地基梁法計(jì)算鉆孔灌注樁的內(nèi)力，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定灌注樁的直徑為800 mm，間距為1.2 m，配筋滿足強(qiáng)度要求。對(duì)鋼筋混凝土內(nèi)支撐進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算其軸力、彎矩和剪力，確定支撐的截面尺寸和配筋。在穩(wěn)定性分析方面，通過計(jì)算，整體穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和抗滑移穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求^[6]。采用有限元軟件對(duì)基坑開挖過程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊土體的變形情況，結(jié)果顯示，基坑最大水平位移為25 mm，周邊建筑物沉降最大值為15 mm，均在允許范圍內(nèi)。支護(hù)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵計(jì)算數(shù)據(jù)如表1所示。

4" 結(jié)語

綜上所述，土質(zhì)深基坑支護(hù)方案的選用和計(jì)算分析是一項(xiàng)復(fù)雜而系統(tǒng)的工作，需要綜合考慮多種因素。在選用支護(hù)方案時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性和可施工性原則，對(duì)各種支護(hù)形式進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比分析，選擇最適合工程實(shí)際情況的方案。

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