淺談基礎工程施工中的深基坑支護設計與施工

徐華盛

[摘要]本文主要分析了巖土工程中深基坑支護設計和施工存在的問題，并提出相應的處理對策，以期在今后的工程實踐中不斷總結和提高技術水平，為發(fā)展深基坑工程的理論和實踐做出貢獻。

[關鍵詞]巖土工程 深基坑 施工

[中圖分類號] TU46+3 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-7-320-1

0前言

隨著我國高層、超高層建筑的發(fā)展和人們對地下空間的開發(fā)和利用日益增多，基坑工程不僅數(shù)量增多，而且向著更大、更深的方向發(fā)展，隨之支護結構設計計算、施工中的許多問題逐步凸現(xiàn)出來。因此，對深基坑支護的安全問題，工程技術人員應予以高度重視。

1深基坑支護設計中存在的問題

1.1支護結構設計中土體的物理力學參數(shù)選擇不當

深基坑支護結構所承擔的土壓力大小直接影響其安全度，但由于地質情況多變且十分復雜，要精確地計算土壓力目前還十分困難，至今仍在采用庫倫公式或朗肯公式。關于土體物理參數(shù)的選擇是一個非常復雜的問題，尤其是在深基坑開挖后，含水率、內摩擦角和粘聚力三個參數(shù)是可變值，準確計算出支護結構的實際受力比較困難。

在深基坑支護結構設計中，如果對地基土體的物理力學參數(shù)取值不準，將對設計的結果產生很大影響。實驗數(shù)據表明：基坑開挖前、后，土體的內摩擦角值一般相差5°，而產生的土體的主動土壓力也不相同；而原土體的內凝聚力與開挖后土體的內凝聚力，則差別也大，一般在6kPa以上，施工工藝和支護結構形式不同，對土體的物理力學參數(shù)的選取也有很大影響。

1.2基坑土體的取樣不具有代表性

在深基坑支護結構設計之前，必須對地基土層進行取樣分析，以取得土體比較合理的物理力學指標，為支護結構的設計提供可靠的依據。一般在深基坑開挖區(qū)域2～3倍范圍內，按相關規(guī)范的要求進行鉆探取樣。由于為了減少勘探的工作量和降低工程造價，不能鉆過多鉆孔；因此，所取得的土樣有時就有一定的隨機性和不完全性。但是，地質構造是復雜和多變的，這樣取得的土樣的數(shù)據不具代表性，因此不可能全面反映土層的真實情況。因此，引致支護結構的設計也就不完全符合實際的地質現(xiàn)狀。

1.3支護結構設計計算與實際受力不符

目前，深基坑支護結構的設計計算仍基于極限平衡理論，但支護結構的實際受力并不那么簡單。工程實踐證明，有的支護結構按極限平衡理論計算的安全系數(shù)，從理論上講是絕對安全的，但卻發(fā)生破壞：有的支護結構卻恰恰相反，即安全系數(shù)雖然比較小，甚至達不到規(guī)范的要求，但在實際工程中卻獲得成功。

2深基坑支護設計的改進方法

2.1轉變傳統(tǒng)的設計理念

近十幾年來，我國在深基坑支護技術上已經積累很多實踐經驗，收集了施工過程中的一些技術數(shù)據，已初步摸索出巖土變化支護結構實際受力的規(guī)律，為建立深基坑支護結構設計的新理論和新方法打下了良好的基礎。但是，對于深基坑支護結構的設計，國內外至今尚沒有一種精確的計算方法，目前仍處于摸索和探討階段。我國也沒有統(tǒng)一的支護結構設計規(guī)范，土壓力分布還按庫倫或朗肯理論確定，支護樁仍用“等值粱法 進行計算，其計算結果與深基坑支護結構的實際受力懸殊較大，既不安全也不經濟。

2.2建立變形控制的新的工程設計方法

目前，設計人員用的極限平衡原理是一種簡便實用的常用設計方法，其計算結果具有重要的參考價值。但是，將這種設計方法用于深基坑支護結構，只能單純滿足支護結構的強度要求，而不能保證支護結構的剛度。眾多工程事故就是因為支護結構產生過大的變形而造成的，由此可見，評價一個支護結構的設計方案優(yōu)劣，不僅要看其是否滿足強度的要求，而且還要看其變形大小。

3深基坑支護施工要點

3.1地下水控制

目前，降水主要有輕型井點及多層輕型井點、噴射井點、深井井點、電滲井點等。但降水過程中，由于含水層內的地下水位降低，土層內液壓降低，使土體粒間應力，即有效應力增加，從而導致地面沉降，嚴重時地面沉降會造成相鄰建筑物的傾斜與破壞，地下管線的破。另外，在坑內降水時，如果降水深度過深，由于水位差增加，易出現(xiàn)管涌，造成工程事故。

為此，施工決策前，需要了解施工中可能發(fā)生的各種情況及其危害程度，以便提出最佳決策方案，獲得最佳經濟效益及保障施工安全。為了防止由于降水引起的各類意外事故，可采取下措施：（1）基坑四周設置的如果是不滲水擋土墻，可取消坑外降水；（2）在坑外降水同時，在其外側（受保護對象之間）同時進行回灌；（3）盡量減少初期的抽水速度，使降水漏斗線的坡度放緩；（4）控制坑內降水深度，一般降水深度在基坑開挖面以下0.5～1.0m；（5）合理確定擋土墻的入土深度，防止管涌。

3.2深基坑施工監(jiān)測

當前，基坑支護設計尚無成熟的方法用以計算基坑周圍的土體變形，施工中通過準確及時的監(jiān)測，可以指導基坑開挖和支護，有利于及時采取應急措施，避免或減輕破壞性的后果。

基坑支護監(jiān)測一般需要進行下列項目的測量：監(jiān)控點高程和平面位移的測量；支護結構和被支護土體的側向位移測量；基坑坑底隆起測量；支護結構內外土壓力測量；支護結構內間隙水壓力測量；支護結構的內力測量；地下水位變化的測量；鄰近基坑的建筑物和管線變形測量等。深基坑施工監(jiān)測有如下特點：

3.2.1時效性

普通工程測量一般沒有明顯的時間效應?；颖O(jiān)測通常是配合降水和開挖過程，有鮮明的時間性。測量結果是動態(tài)變化的，一天以前（甚至幾小時以前）的測量結果都會失去直接的意義，因此深基坑施工中監(jiān)測需隨時進行，通常是1次/d，在測量對象變化快的關鍵時期，可能每天需進行數(shù)次。基坑監(jiān)測的時效性要求對應的方法和設備具有采集數(shù)據快、全天候工作的能力，甚至適應夜晚或大霧天氣等嚴酷的環(huán)境條件。

3.2.2高精度

普通工程測量中誤差限值通常在數(shù)毫米，例如60m 以下建筑物在測站上測定的高差中誤差限值為2.5mm，而正常情況下基坑施工中的環(huán)境變形速率可能在0.1mm/d以下，要測到這樣的變形精度，普通測量方法和儀器部不能勝任，因此基坑施工中的測量通常采用一些特殊的高精度儀器。

4結論

由以上論述得知，基坑的開挖與支護結構是一個系統(tǒng)工程，涉及工程地質、水文地質、工程結構、建筑材料、施工工藝和施工管理等多方面。它是集土力學、水力學、材料才學和結構力學等于一體的綜合性學科。支護結構又是由若干具有獨立功能的體系組成的整體。正因如此，無論是結構設計還是施工組織都應當從整體功能出發(fā)，將各組成部分協(xié)調好，才能確保它的安全可靠、經濟合理。