建筑基坑支護設(shè)計中的問題及處理方法

■郭丙智 ■山西正和熱電工程有限公司，山西 太原 030012

高層建筑基坑支護設(shè)計的科學(xué)性與建筑物的整體質(zhì)量有著不可分割的聯(lián)系，由于基坑開挖與支護涉及很多土力學(xué)的典型強度與穩(wěn)定問題，同時還包括很多變形控制的問題，因此設(shè)計內(nèi)容十分復(fù)雜，難度也可想而知?；又ёo工程包括基坑支護體系設(shè)計與施工土方的開挖，綜合性比較強，需要設(shè)計人員與技術(shù)人員的緊密配合。在基坑工程支護技術(shù)的設(shè)計、施工以及監(jiān)督等具體問題，都需要完美落實和解決，結(jié)合工程的實際情況，進行方案的設(shè)計，這樣才能夠保障工程質(zhì)量以及施工安全，可以說建筑基坑設(shè)計對于建設(shè)任務(wù)意義十分重大。

1 基坑支護的主要結(jié)構(gòu)形式

(1)放坡開挖結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的基坑支護體系的優(yōu)勢就是造價低，但是在土方開挖以及回填方面不占優(yōu)勢，通常都是在場地寬闊，周圍沒有重要建筑物的地方使用，在位移方面的要求不多。

(2)土釘支護結(jié)構(gòu)。這種支護結(jié)構(gòu)屬于一種新型的支護形式，目前能夠解決施工場地不足，基坑位移擴大等問題，基本都是通過施加預(yù)應(yīng)力錨桿以及超前支護的方式實現(xiàn)支護的。

(3)水泥土重力式支護結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)通常是在軟弱土層基坑支護施工應(yīng)用，并且深度不得高于6 米，施工基本都是采用水泥攔拌法，這種是施工的成本低，施工簡單。

2 基坑支護存在的問題

現(xiàn)階段我國建筑基坑設(shè)計上依舊存在一些問題，這些問題的存在往往會引發(fā)很多安全問題，不利于建筑功能的發(fā)揮，下面具體對基坑支護設(shè)計上存在的問題進行分析研究:

(1)地基土層的物理力學(xué)參數(shù)選擇不當(dāng)?；邮┕み^程中，支護結(jié)構(gòu)所承受的地基壓力對施工安全性具有直接影響，由于建設(shè)功臣施工原本就是一個復(fù)雜的過程，體層結(jié)構(gòu)，以及自然環(huán)境都會影響基坑支護施工，現(xiàn)階段我國在地基壓力計算方面還無法達到精準(zhǔn)的計算，相關(guān)的計算基本都是通過庫倫公式以及朗肯公式進行推算的。與此同時，施工中還有一個難點那就是如何正確選擇土層物理參數(shù)的問題，由于在進行基坑開挖的時候，土層物理參數(shù)的含水率數(shù)以及內(nèi)摩擦角參數(shù)以及粘聚參數(shù)都是不斷變化的，所以無法針對具體受力情況進行準(zhǔn)確的計算。在進行基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，如果沒有準(zhǔn)確的進行地基土層的物理力學(xué)參數(shù)選擇，那么直接影響設(shè)計的結(jié)果，從大量的實踐中發(fā)現(xiàn)，一旦內(nèi)部摩擦一定的角度偏差，那么必然會導(dǎo)致土層壓力出現(xiàn)變化，而且還需要注意的一點就是土體在開挖前后的內(nèi)部凝聚力不同，并且因為施工工藝以及支護形勢之間的差別，土層物理力學(xué)參數(shù)也需要進行不同的選擇。

(2)基坑土層取樣不完整。在基坑支護結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，需要選擇地基土層的不同樣本進行分析，從而掌握土體的物理力學(xué)指標(biāo)，使支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計獲得相應(yīng)的依據(jù)。目前依據(jù)相應(yīng)的施工規(guī)范，施工人員通常在基坑開挖后采用鉆探獲取土層樣本，但為了降低工程造價的目的，不能進行多次鉆孔取樣。因此，鉆孔取樣不可避免具有隨機性，并且不完整。因此，支護結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時必然不能同具體的地質(zhì)情況完全符合。

(3)沒有考慮空間效應(yīng)。通過整理基坑施工的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):水平位移，通常是從基坑周邊向基坑內(nèi)發(fā)生，并且一般情況是中間大兩邊小。并且當(dāng)基坑周邊發(fā)生不穩(wěn)定時，通常出現(xiàn)在中部位置。因此說明，基坑在開挖時必須考慮空間性。傳統(tǒng)設(shè)計中，基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計一般依據(jù)平面應(yīng)變原則，這種情況特別適合于細(xì)長條的基坑;但是對于基坑為方形或長方形，則具有很大的差異性。因此在依據(jù)平面應(yīng)變原則設(shè)計支護結(jié)構(gòu)時，要進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而使基坑符合空間效應(yīng)的要求。

(4)支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算同實際受力不相符。當(dāng)前，極限平衡理論是進行基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要理論，但實踐證明，依據(jù)極限平衡理論計算出的支護結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，理論分析非常安全，但還是會發(fā)生破壞;而有的支護結(jié)構(gòu)經(jīng)過計算，其安全系數(shù)非常小，但是仍符合施工的需要。原因是極限平衡理論屬于靜態(tài)設(shè)計，而土體在開挖后處于動態(tài)的平衡狀態(tài)，隨著時間變化會發(fā)生變形，因此設(shè)計過程中，應(yīng)該對此進行入分析。

3 基坑支護設(shè)計中的措施及要點

針對上述基坑支護設(shè)計中存在的問題，制定更為完善的設(shè)計措施，提升建筑物的穩(wěn)定性與安全性是非常必要的，下滿針對基坑支護設(shè)計的具體措施進行分析研究:

(1)改變傳統(tǒng)的設(shè)計理念。傳統(tǒng)的設(shè)計雖然能夠達到一定的施工效果，但是計算還是不夠精準(zhǔn)，同時我國實際上缺少支護結(jié)構(gòu)設(shè)計的統(tǒng)一規(guī)范管理，這樣就導(dǎo)致基坑支護結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中，往往會因為實際情況的不同而導(dǎo)致受力差異性較大，工程安全隱患因此增加。所以說在設(shè)計基坑支護結(jié)構(gòu)的時候不應(yīng)該采用常規(guī)的設(shè)計方法——“結(jié)構(gòu)荷載法”，而是需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的設(shè)計理念，構(gòu)建更為完善的動態(tài)信息反饋設(shè)計體系，以此提高支護結(jié)構(gòu)的安全性。

(2)采用新的工程設(shè)計方法。目前支護結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍應(yīng)用極限平衡原理，并將其計算結(jié)果作為施工依據(jù)。但是，基坑支護結(jié)構(gòu)在設(shè)計時運用極限平衡原理，僅僅使支護結(jié)構(gòu)的強度滿足相應(yīng)的要求，而不能使支護結(jié)構(gòu)滿足剛度要求。所以當(dāng)支護結(jié)構(gòu)變形過大時極易導(dǎo)致發(fā)生事故。因此在設(shè)計支護結(jié)構(gòu)時，要密切觀察支護結(jié)構(gòu)的變形情況，基于以上原因，要對支護結(jié)構(gòu)變形控制方法進行入研究，并制定相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)。

(3)積極對支護結(jié)構(gòu)進行試驗研究。要想掌握正確的施工理論必須要開展大量的試驗研究。但是，目前國內(nèi)對于基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計實驗方面，沒有開展過科學(xué)系統(tǒng)的試驗研究。盡管當(dāng)前支護結(jié)構(gòu)在設(shè)計和施工中積累了豐富的經(jīng)驗，但由于沒有科學(xué)的試驗數(shù)據(jù)，不能對其采取科學(xué)分析，從而形成相關(guān)的施工理論，這成為了我國這一領(lǐng)域的空白。因此，為了更好的開展基坑支護設(shè)計和施工，需要進行相應(yīng)的工程試驗。只有開展大量的工程試驗，才能對相關(guān)的工程數(shù)據(jù)進行積累，并做到科學(xué)分析，最后形成科學(xué)的施工理論，從而使基坑支護施工能夠更加完善，并探索出新的設(shè)計和計算方法。

(4)研究支護結(jié)構(gòu)的新型計算方法。當(dāng)前，由于基坑支護結(jié)構(gòu)在設(shè)計和施工中不斷復(fù)雜化和先進化，出現(xiàn)了將受力結(jié)構(gòu)同水結(jié)構(gòu)進行結(jié)合的形式，以及將臨時性的結(jié)構(gòu)同固定性的結(jié)構(gòu)進行結(jié)合，還有的將開挖形式同支護結(jié)構(gòu)進行結(jié)合，這些不同結(jié)合方式出現(xiàn)，會使支護結(jié)構(gòu)在設(shè)計時的受力計算變得復(fù)雜，因此，研究一種支護結(jié)構(gòu)的新型計算方法，是目前進行基坑支護設(shè)計的重要內(nèi)容。

總而言之，建筑工程施工中的基坑支護設(shè)計還需要從工程實際情況出發(fā)，堅持因地制宜的原則，全面落實國家相關(guān)規(guī)定，積極引入新型的設(shè)計理念，這樣才能夠有效提供我國高層建設(shè)的整體質(zhì)量。

4 結(jié)束語

建筑基坑施工開挖以及支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工，直接影響著建筑物的整體質(zhì)量，一旦出現(xiàn)問題，必然會為工程的施工與使用埋下安全隱患，為了能夠確保工程質(zhì)量安全，全面提升工程設(shè)計科學(xué)性與合理性是非常必要的?；又ёo設(shè)計的內(nèi)容復(fù)雜，難度大，需要高素質(zhì)的設(shè)計人員，也需要各個部門工作者的緊密配合，這樣才能夠做到全面提升工程質(zhì)量，保障人們生命財產(chǎn)安全。雖然現(xiàn)階段我國基坑支護設(shè)計中依舊存在一些問題，但是這也正說明我國基坑設(shè)計的發(fā)展空間很大，我國建筑行業(yè)的設(shè)計部門以及其他部門應(yīng)該全面配合，積極的為我國建筑行業(yè)的發(fā)展進一步分力。

［1］杜顯洲.基坑支護工程的優(yōu)化設(shè)計研究［J］.土工基礎(chǔ)，2005(03).

［2］王翠英，王家陽.論深基坑支護優(yōu)化設(shè)計的重要性［J］.武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2005(02).

［3］尹雙，張仲先，王勇.深基坑支護方案的分析與優(yōu)化［J］.巖土工程技術(shù)，2005(03).