岩土工程中深基坑支护设计研究

  目前，岩土工程中建筑工程发达，随着社会的发展，人们对出行和住宿的要求不断提高。岩土工程中建筑支护设计需要不断优化。目前，国内外正在进行深基坑支护设计的研究。19世纪70年代，国外有学者提出土压力计算方法，此后，众多学者在这一计算方法的基础上，不断研究土之间的摩擦力、极限平衡。20世纪50年代，对基坑方面问题进行了研究。20世纪70年代，将数值模拟引入基坑设计中。随着建筑工程高度的增加，基坑的深度在不断增加，20世纪90年代以后，国内外学者开始重视深基坑的支护安全，研究出了放坡开挖、土层锚杆、悬臂式支护结构、内支撑体系、复合支护形式等技术。

  1.1 选择建筑深基坑支护设计方案

  岩土工程中建筑深基坑支护，主要目的是保护基坑，确定基坑在建设的过程中，不会被附近的土体掩埋。在设计建筑深基坑支护时，需要确定支护结构，具有一定的强度和稳定性要求。在建设的过程中，可以做到建筑成本少、时间短，基坑开挖时，对环境的破坏小。根据土层的特点，选择相适应的深基坑支护形式。勘察建筑工程地点，勘察其土层特点，根据建筑工程所需要的深度，选择相适应的支护形式。对支护形式的选择，需要考虑建筑工程的大小尺寸、形状，建筑工程附近及其地下水利条件，施工时间、方法、工艺等建筑工程施工，对支护形式的影响因素。根据上述条件，确定深基坑支护形式后，需要确定基坑支护围护结构和支撑体系。支护围护结构是针对建筑工程存在的地下水问题所建设的隔水帷幕。支撑体系是为了防止建筑工程在建筑的过程中，由于基坑难以承受建筑使用材料导致工程出现安全隐患。针对深基坑支护围护结构和支撑体系，需要根据建筑工程特点，选择相适应的支护围护结构和支撑体系。可根据上述叙述内容，完成建筑基坑支护施工，其中，需要计算基坑支护土压力、静止土压力强度、最小嵌固深度、围护结构长度、围护桩内力与变形等参数。将这些参数代入施工流程中，完成建筑深基坑支护设计。施工流程图如图1所示。

  2 确定建筑深基坑支护参数

  在基坑施工过程中，根据建筑工程环境及施工参数，确定基坑支护形式、围护结构和支撑体系。确定基坑施工方案，得到施工流程，根据施工流程，计算基坑支护土压力、静止土压力强度、最小嵌固深度、围护结构长度、围护桩内力与变形等参数。

计算支护土压力，可以分为主动性土压力和被动性土压力两种。其中，主动性土压力计算，可以采用经典的库仑主动土压力计算理论。可以通过按照桩顶自由和桩底简支的静定结构，计算最小嵌固深度。设式 （2） 得到的被动侧土压力，叠加的合力为E被，被动合力E被对桩底的力臂为b1，式 （1） 得到的主动侧土压力，叠加的合力为E主，主动合力E主对桩底的力臂为b2，最小嵌固深度为E被b1- E主b2= 0，E被b1表示被动侧土压力的合力及合力对桩底的力臂，E主b2表示主动侧力臂。计算围护结构的设计长度：L = z + x + Kt （4）式中：L——围护结构的设计长度 （m）；x——基坑面至围护结构土压力为零之点的距离 （m）；K——经验嵌固系数；t——土压力为零之点至桩底的距离 （m）。围护桩在基坑支护使用过程中，由于建筑物的压力，会产生一定的内力与变形作用，导致建筑物失衡，在基坑支护设计中，围护桩内力与变形是非常重要的参数。计算时，应根据建筑工程施工、材料、土压力、最小嵌固深度等参数进行计算。在计算围护桩内力与变形时，可以采用极限平衡法和弹性地基梁法两种理论。其中，极限平衡法可以分为静力平衡法和等值梁法。根据式 （1） 和式 （2） 得到的被动土压力和主动土压力，计算围护桩静力平衡。当基坑设计的建筑工程属于复杂基坑和软土地区时，需要采用等值梁法。根据式 （4） 得到的最小嵌固深度，计算围护桩静力平衡，得到围护桩内力与变形值。应考虑围护桩产生内力与变形作用时，支护的结构力平衡及其产生力变形时，需要的协调值。通过上述计算式，计算得到基坑支护的支护土压力、静止土压力强度、最小嵌固深度、围护结构长度、围护桩内力与变形等参数，反映桩与土之间的相互作用，得到基坑，在建筑工程所施加力的作用下，产生的变形。综合上述内容，可确定支护需要的所有参数。进行计算和分析，得到基坑参数值，代入施工流程，即可完成基坑支护整体设计，并用于工程建筑施工中。

  针对设计的深基坑支护，将选择某区域的建筑工程，进行实例验证。此次选择的建筑工程约130 m×80 m的占地范围，103 062 m2的总建筑，将建设11.5 m深的基坑。经过勘察发现，该工程地下水距离地面的深度仅有21.83~22.84 m，属于潜水层，仅有1 m的年均水位变幅。针对上述对建筑工程的勘察结果，选择此次设计的建筑深基坑支护和传统基坑支护，分别对该工程进行深基坑支护设计，对比本文支护设计与传统支护设计，有建筑物和无建筑物两侧，维护结构水平位移，确定深基坑支护的安全稳定性。传统支护无建筑物一侧，较本文支护无建筑物一侧，围护结构水平位移下降不明显，但距桩顶距离比本文支护无建筑物一侧远6 m；传统支护有建筑物一侧，较本文支护有建筑物一侧，桩径与嵌固深度较大，距离增长5 m，水平位移最大处变化达到0.01 mm；此次设计的基坑支护，相较传统支护中水平位移、距桩顶距离都发生变化，均明显优于传统基坑支护。此次设计的建筑深基坑支护，所承受的压力均高于传统基坑支护，其各处受力均匀，对建筑工程的支护的稳定性高，水平支撑刚度高。

  综上所述，此次设计的岩土工程中建筑深基坑支护，从建筑工程环境入手，确定基坑支护设计方案，确保建筑深基坑支护与工程相适应。此次研究的基坑支护设计，未考虑基坑支护施工过程中地下水源的解决问题。在今后的研究中，应深入研究基坑降水量对基坑支护的影响，避免其他因素，造成基坑支护的稳定性下降，造成基坑支护难以承受建筑工程重量，出现生命财产安全问题。

 

[1] 沈武，贺宇，李娟红，等.地铁通道口与深基坑支护一体化设计施工要点分析[J].四川建材，2020，46 （4）：130-131.

[2] 张会新.温州厚填土深基坑支护设计分析[J].广东土木与建筑，2020，27 （7）：68-71.

[3] 陈明雄 . 北京和平村项目基坑支护设计与工程实践[J]. 施工技术，2020，49 （13）：73-75，80