劉科成

摘要：基坑支護(hù)是建筑的基礎(chǔ)工程，在很大程度上與工程的整體質(zhì)量息息相關(guān)，嚴(yán)格把控好基坑支護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)工程的順利建設(shè)有著極其深遠(yuǎn)的意義。本文針對(duì)基坑設(shè)計(jì)概述，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基坑設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)處理以及未來(lái)研究的方向進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：基坑設(shè)計(jì)；基坑支護(hù)

引言

在深基坑工程的不斷發(fā)展過(guò)程中，不僅其深度在不斷地增加，橫向發(fā)展也在不斷的擴(kuò)大。這種情況下極大的考驗(yàn)了支護(hù)系統(tǒng)的性能，為大面積深坑提供最為有效和穩(wěn)定的支護(hù)已經(jīng)成為現(xiàn)在研究的一個(gè)主流課題。因此，在深基坑工程施工前必須做好詳細(xì)的土質(zhì)檢測(cè)，并根據(jù)土壤的特性設(shè)計(jì)相應(yīng)的施工方案。

一、基坑設(shè)計(jì)概述

支護(hù)基坑工程的設(shè)計(jì)計(jì)算理論已經(jīng)日臻完善，國(guó)家規(guī)范、行業(yè)規(guī)范和地方標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)出臺(tái)，這為保證支護(hù)基坑的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)質(zhì)量創(chuàng)造了良好的前提條件。但支護(hù)基坑工程往往被視為臨時(shí)工程，設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)所取的安全系數(shù)較低，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件又復(fù)雜，再加上設(shè)計(jì)監(jiān)管的力度較弱，因此工程坍塌事故較多。目前很多地方5m及以上深度的支護(hù)基坑都要經(jīng)過(guò)專(zhuān)家論證，但基坑坍塌事故仍有發(fā)生，嚴(yán)重地危害了廣大人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。只要支護(hù)基坑工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量與安全的管理和監(jiān)控到位，基坑坍塌事故是完全可以避免的。工程實(shí)踐表明，支護(hù)基坑工程的設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)緊密相關(guān)。有些工程雖然設(shè)計(jì)安全度比較大，但由于設(shè)計(jì)不當(dāng)而導(dǎo)致險(xiǎn)情甚至事故出現(xiàn)；相反，有些工程雖然設(shè)計(jì)安全度比較小，但由于設(shè)計(jì)管理先進(jìn)，設(shè)計(jì)措施合理，工程能夠順利進(jìn)行。支護(hù)基坑的安全性及經(jīng)濟(jì)性在很大程度上取決與設(shè)計(jì)，一個(gè)合理的支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)支護(hù)基坑的設(shè)計(jì)要素有充分考慮，并對(duì)設(shè)計(jì)提出明確的要求。

二、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型

深基坑支護(hù)的目的與要求是確?？颖诜€(wěn)定，施工安全；確保鄰近建筑物、構(gòu)筑物和管線安全；有利于挖土及地下室的建造：支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方便、經(jīng)濟(jì)合理。支護(hù)體系的選用原則是安全、經(jīng)濟(jì)、方便施工，選用支護(hù)體系要因地制宜。一個(gè)優(yōu)秀的支護(hù)體系設(shè)計(jì)，要做到因地制宜，根據(jù)基坑工程周?chē)ǎ?gòu)）筑物對(duì)支護(hù)體系變位的適應(yīng)能力，選用合理的支護(hù)型式，進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，應(yīng)能較好地把握支護(hù)結(jié)構(gòu)安全變位量，使支護(hù)體系安全，周?chē)ㄖ锊皇苡绊?，費(fèi)用又小。

2、基坑支護(hù)優(yōu)化的內(nèi)容

目前基坑支護(hù)優(yōu)化按其階段不同，可分為三級(jí)，第一級(jí)是進(jìn)行基坑支護(hù)類(lèi)型的選擇；第二級(jí)是設(shè)計(jì)優(yōu)化；第三級(jí)是施工過(guò)程的實(shí)時(shí)優(yōu)化。基坑的優(yōu)選，主要是采用定性的評(píng)價(jià)，根據(jù)基坑的周邊環(huán)境條件、地層條件，地下水埋藏條件各種支護(hù)類(lèi)型的特點(diǎn)及適用條件，綜合進(jìn)行支護(hù)類(lèi)型的優(yōu)選，也有少量用模糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行支護(hù)類(lèi)型的優(yōu)選。第二級(jí)是支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化也稱(chēng)細(xì)部?jī)?yōu)化，是在支護(hù)類(lèi)型方案確定之后，對(duì)具體類(lèi)型方案的細(xì)部進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，如錨桿或支撐點(diǎn)的位置和層數(shù)、支護(hù)樁的樁徑、樁距、插入深度等優(yōu)化。優(yōu)化目標(biāo)是使支護(hù)系統(tǒng)總體造價(jià)為最小，工期最短，環(huán)境影響最小。這種優(yōu)化最簡(jiǎn)單的方法是規(guī)范規(guī)定的彈性抗力法即m法，它通過(guò)支護(hù)系統(tǒng)位移，最大彎矩，剪力等計(jì)算，優(yōu)選出合適的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。此外，還有通過(guò)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其過(guò)程是選取設(shè)計(jì)變量，列出目標(biāo)函數(shù)給定約束條件后便可構(gòu)造出最優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，該模型通過(guò)各種算法，進(jìn)行求解；第三級(jí)是面向施工過(guò)程的信息法施工，是方案設(shè)計(jì)及實(shí)施的過(guò)程中根據(jù)檢測(cè)的信息實(shí)施的優(yōu)化。

3、地質(zhì)、水文條件

場(chǎng)地的地質(zhì)情況和水文條件對(duì)基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)而言是關(guān)鍵性的因素。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)在場(chǎng)地地質(zhì)和水文條件好的情況下較為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。在基坑深度較淺且周邊環(huán)境不復(fù)雜的情況下，一般采用放坡或用土釘墻支護(hù)的形式即可；但在相同的基坑深度和周邊環(huán)境條件下，若場(chǎng)地的地質(zhì)和水文條件較差，基坑設(shè)計(jì)可能要采用樁錨支護(hù)、加內(nèi)撐的支護(hù)樁支護(hù)，或者是地下連續(xù)墻支護(hù)等。而且，在基坑支護(hù)計(jì)算中，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)中粘聚力和內(nèi)摩擦角也很重要，其決定著支護(hù)剖面的計(jì)算，并且它們?cè)诓煌刭|(zhì)條件下的取值也有不同。另外，為防止地下水的影響，通常做法是設(shè)止水帷幕，常用的止水帷幕為攪拌樁、旋噴樁或三墻合一的地下連續(xù)墻。

4、土壓力方面的研究

土壓力是基坑側(cè)壁作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主要荷載，土壓力的大小受土體位移等因素的影響，且在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力是不斷變化的，確定巖土體條件和不同工況下土壓力的大小對(duì)確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)尺寸的大小至關(guān)重要。近年來(lái)關(guān)于基坑開(kāi)挖與支護(hù)方面的規(guī)范相繼出臺(tái)，這對(duì)指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)與施工作用甚大，通過(guò)不斷的工程實(shí)踐和理論研究分析，人們不斷的加深了對(duì)土壓力的理解認(rèn)識(shí)。

三、基坑設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)處理

基坑設(shè)計(jì)中往往有些細(xì)節(jié)如果處理到位可以使得基坑位移變形的控制達(dá)到事半功倍的效果。比如采用SMW工法樁支護(hù)時(shí)，往往會(huì)碰到因?yàn)樽陨硭鄰?qiáng)度不足導(dǎo)致坑底換撐處的水泥被壓碎而引起位移增大的情況，因此設(shè)計(jì)時(shí)可以要求基坑施工時(shí)，鑿除SMW工法樁基坑內(nèi)側(cè)的水泥，換撐直接頂在型鋼樁側(cè)，可以防止工法樁自身水泥被壓碎而導(dǎo)致位移增大，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的細(xì)節(jié)處理可以很好地控制基坑變形。筆者還遇到過(guò)一個(gè)項(xiàng)目，基坑同一平面上采用了混凝土支撐和錨桿支護(hù)2種支護(hù)方式，由于支撐和錨桿剛度差較大，支撐和錨桿分界處的冠梁往往會(huì)出現(xiàn)較大的位移差，導(dǎo)致冠梁拉裂的情況，因此設(shè)計(jì)時(shí)可將錨桿的支護(hù)范圍延至支撐內(nèi)，使得支撐到錨桿有個(gè)平穩(wěn)的過(guò)渡轉(zhuǎn)換，不至于造成冠梁拉裂。還比如當(dāng)碰到軟土基坑時(shí)，坑底位移往往較大，設(shè)計(jì)時(shí)可以要求施工到底板時(shí)，將底板延至樁側(cè)，因?yàn)榈装宓乃絼偠群艽?，可以減小樁的懸臂長(zhǎng)度，有效地控制位移，尤其是對(duì)懸臂樁而言，可以很大程度上減小圍護(hù)樁的位移。上述一些細(xì)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)處理需要在實(shí)際工程中不斷地思考總結(jié)，往往會(huì)在基坑變形控制方面發(fā)揮意想不到的效果。

四、未來(lái)研究的方向

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市中高層建筑越來(lái)越密集，建筑物周邊地下設(shè)施變得錯(cuò)綜復(fù)雜，影響深基坑支護(hù)的因素變得不確定和復(fù)雜多樣。由于在支護(hù)方案的優(yōu)選和支護(hù)構(gòu)件的優(yōu)化方面研究的并不深入系統(tǒng)。目前關(guān)于基坑開(kāi)挖與支護(hù)方面的研究還存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

（1）我們?cè)谶M(jìn)行土壓力計(jì)算時(shí)，無(wú)論采用庫(kù)倫土壓力理論還是朗肯土壓力理論都是在一定的理想假設(shè)條件下，對(duì)于這種理論的探索有待于我們進(jìn)一步深化研究。

（2）基坑在受到大雨沖刷和浸泡下，土體的物理性能發(fā)生變化，這樣會(huì)與原來(lái)力學(xué)性能有較大的差別，到底影響的程度如何，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)什么樣的結(jié)果缺少一個(gè)準(zhǔn)確的可靠性的理論分析和應(yīng)對(duì)措施。

（3）在計(jì)算中忽視了深基坑內(nèi)外通常存在較大水位差的實(shí)際情況，忽視了滲流效應(yīng)對(duì)土壓力的影響。

（4）支護(hù)墻后土與支護(hù)樁墻壁之間必定存在一定的摩擦力，而在現(xiàn)行計(jì)算中卻沒(méi)有考慮。同時(shí)在計(jì)算中還沒(méi)有考慮基坑的空間效應(yīng)，計(jì)算結(jié)果誤差較大。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我們?cè)诓粩鄬W(xué)習(xí)、探索基坑設(shè)計(jì)理論的同時(shí)，也要重視經(jīng)驗(yàn)的積累，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)的項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)分析，最后還要關(guān)注基坑設(shè)計(jì)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，要用發(fā)展的眼光看待基坑設(shè)計(jì)，這樣才能做到規(guī)范所要求的安全適用、保護(hù)環(huán)境、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]彭典華.淺談深基坑工程的支護(hù)技術(shù)[J].山西建筑，2009，35（27）99-100

[2]張進(jìn).支護(hù)基坑工程中若干設(shè)計(jì)問(wèn)題分析[J].中國(guó)建設(shè)信息.2010（15）：59-60.