基坑支護結構理論小結

摘要：隨著基坑支護技術的發展，基坑支護的要求日益增高越來越多的新型支護形式開始應用在基坑工程中。本文對基坑支護理論形式進行小結，以促進其在工程中的應用。

關鍵詞：基坑支護；聯合支護；計算方法

1引言

房屋建筑、市政工程或地下建筑物在施工時需開挖的地坑，即為基坑。為保證基坑施工、主體地下結構的安全和周圍環境不受損害而采取的支護結構、降水和土方開挖與回填，包括勘察、設計、施工和檢測等，稱為基坑工程。

隨著我國城市人口的急劇增長，高層建筑、地鐵項目的建設越來越多，基坑規模也越來越大，加上多數工程集中在城市的繁華核心地帶，各種地下管線布置錯綜復雜，這樣就給基坑工程的隔水、降水和開挖帶來了很多問題。影響深基坑開挖的主要因素有巖土性質、地下水位和場地周邊環境[1]。在基坑開挖過程中一要保證基坑的安全穩定，二要基坑的開挖不能影響周邊建筑的安全和人民的生活和交通。

所以在基坑施工過程中要綜合考慮整個工程的安全性、合理性、經濟性，選用最合適的支護形式。同時還要施行信息化施工，通過監測技術，研究土體與支護結構的受力變形特點，通過信息反饋，及時修正施工方案中的不足，采取必要的措施，使整個工程順利完成。

2基坑工程分類

基坑支護方法比較多，分類方法也有多種。從結構的受力特點劃分，可分為以下三類[2]：

（1）被動受力支護結構

支護結構主要依靠結構自身被動的承受水土壓力。常見的形式有：人工挖孔樁、預制鋼筋混凝土樁、機械鉆孔樁、鋼管樁、鋼板樁、內支撐圍護結構和地下連續墻等。

（2）主動受力支護結構

其特點為通過不同的途徑主動的提高土體的強度，使支護結構體系形成整體共同作用，從而達到支護的目的。常用的方法主要有樹根樁技術、土釘支護技術和攪拌樁技術等。

（3）被動與主動支護結構組合形式

將前兩種支護形式組合應用于同一個基坑工程中，合理利用各自的優點，有效避開各自缺點，擴大各自應用范圍，滿足經濟、安全、合理的要求。

對于被動支護結構來說，應用時間較久，在設計和施工中都積累了一定的經驗，通常變形較小，在工程中使用較多。但是這種支護方法缺點是施工難度大、工期長、造價高，其局限性日益突出。

而主動支護結構是當前國內外應用較多的支護方法，在基坑支護工程中占有主導地位，其最大的優點在于施工簡單方便、噪音污染小、工期較短、安全度較高、造價低，從而彌補了傳統方法的許多缺點，因此大受巖土工程界的歡迎。

3常見的支護結構類型

目前深基坑工程中主要應用的支護結構有以下幾種：

鋼板樁支護結構：既可擋土又可擋水，可重復使用，打設方便，承載力高?？颖谕馏w位移小，沉陷也小。但施工噪音大，振動大，對土體的擾動大，施工時產生較大的變形，對環境的影響較大。適用于軟弱地基及地下水位較高、水量較多的深基坑支護，不適于市區施工。

灌注樁支護：布置靈活、施工簡便、成樁快、機械化程度高、節省鋼材、價格低、適應性強。鉆孔灌注樁噪音小、無振動、無擠土、無廢氣排放、對周圍建筑物、地下管線及居民生活無影響。適用于一般的鉆孔灌注樁適用于硬的、半硬的、硬塑的和軟塑的粘性土。尤其適宜于在建筑物密集的市區施工。

深層攪拌樁支護：造價低廉，擋水性較好，對環境的影響較小，對周邊建筑物及地下管線的影響小。施工噪音小、振動小、對土體的擾動小，無排污。適用于加固各種成因的飽和軟粘土，包括淤泥、淤泥質土、粘土和粉質粘土。不適用于土質較硬或含有大量磚、瓦的填土、厚度較大的碎石類土、硬塑以上的粘性土和中密以上的砂性土。

除上述最常用的支護結構外，工程中也常應用如下的支護結構：門架式支護結構、拱式組合型圍護結構、噴錨網支護結構、凍結法支護等。此外，通過對基坑支護體系被動區土質改良、降低地下水位等措施可有效改善支護結構的受力性狀。被動區土質情況對支護結構的穩定影響較大，若被動區土質很軟弱，可采用被動區土質改良來加固，以增大被動區土壓力。被動區土質改良常采用深層攪拌法、高壓噴射注漿法和壓力注漿法。

4聯合支護的概念

聯合支護就是當一種支護形式不滿足支護要求或者不太合理時，在同一基坑中利用兩種或者多種支護機理不同的基坑支護形式。有效利用這兩種或者多種支護形式的優點，合理避開各自的缺陷和不足。常見的聯合形式主要有：

4.1樁錨與土釘聯合支護結構

將樁錨與土釘支護結構聯合使用[3]，使它們構成一個整體共同受力。土釘支護結構部分土體在產生水平側壓力的同時，改變作用于樁錨結構上的水平側壓力的分布，土釘底部水平摩擦阻力的存在還可有效地降低樁錨結構中樁體嵌入深度和錨桿預應力水平；另外，樁錨結構強度的預先形成，可提高土釘支護結構的施工進度，并有效提高土釘結構的內部穩定性。

4.2水泥土攪拌樁組合支護

水泥土攪拌樁具有水穩性、整體性和足夠強度，連續搭接的水泥土攪拌樁可形成止水帳幕。工程師發明了新型的水泥攪拌樁組合支護結構[4]，如水泥攪拌樁與預應力錨桿相結合、水泥攪拌樁與土釘相結合臺等形式，這些形式擴大了水泥攪拌樁支護結構的應用范圍。

5基坑支護結構設計計算方法

基坑支護結構的設計需要滿足在承載力極限狀態和使用極限狀態下支護結構的安全，為此基坑支護結構的計算必須選用合理的計算方法，考慮基坑各種條件和計算內容。長期以來，國內外學者對擋土支護結構的計算方法進行了大量的研究，也做過大量的實驗，目前相對成熟的計算方法主要有以下幾種：塑性極限平衡法、彈性抗力法和有限元數值模擬法

5.1塑性極限平衡法

這種方法假設支護結構在土壓力的作用下處于極限平衡狀態，將梁視為簡支梁，分別計算作用在支護上的土壓力，進一步計算其內力和變形等。最常見的塑性極限平衡法有自由端法和等值梁法。自由端法是由水平力平衡和力對支點、支護底端力矩之和為零的條件求出錨固力；等值梁法是由被動土壓力和主動土壓力相等點處力矩平衡求出錨固力。

5.2彈性支點法

彈性支點法，在實際工程當中也叫彈性抗力法、地基反力法。把土壓力作為水平荷載作用在支護結構上，將支護結構全部或者部分當做豎直于土中的彈性地基梁，將嵌固部分的土抗力抽象為連續分布的彈簧。目前作用在支護結構上土壓力分布模式、作用機理尚無成熟的理論，但在眾多討論中主動土壓力的計算結果相對接近實際工程，具有一定的參考價值。墻后荷載可直接按朗肯主動土壓力理論計算，也可以按矩形分布的經驗土壓力模式計算。土抗力抽象成連續分布的彈簧之后，彈簧反力參數的取法常用的有K法、M法、C法或者彈性反力系數法，在多數的實際工程中常用的是M法。

5.3有限元數值模擬法

隨著計算機技術的發展，有限元數值模擬法越來越多的應用在一些復雜的工程問題上，這種方法可以從整體上分析支護結構及周圍土體的應力和位移狀態，適用于動態模擬，可以用于事前設計和事后信息反饋，經常用到的有限元數值模擬法有：有限單元法FEM、無網絡伽遼金法（EFGM）以及數值流形法（MM）、有限差分法FDM等。在此基礎上人們也開發了大量的有限元軟件，如ANSYS、FLAC、ADINA、ABAQUS、MIDAS、FINAL等。

6小結

深基坑工程的開挖深度增加、巨大的開挖面積、苛刻的周邊環境、高地下水位等給基坑的開挖帶了諸多的問題，也給傳統單一的支護結構提出了挑戰。面對此種狀況，深基坑工程的設計施工人員需要在實踐中總結經驗，提出更好的支護方式，以促進工程建設。

參考文獻

[1] 劉曉麗. 淺議影響深基坑支護的因素及支護類型選擇[J]. 山西建筑，2007，33(11)：135~136.

[2] 閻莫明，徐禎祥，蘇自約．巖土錨固技術手冊[M]．北京：人民交通出版社，2004．

[3] 郭院成，楊慶等．樁錨與土釘聯合支護結構的優化選型[J]．河南科學，2004，22（3）：363～365．

[4] 張潔．組合支護結構在基坑工程中的應用研究[D]．吉林：吉林大學，2006：11～14．

[5] 周勇，朱彥鵬．土釘-預應力錨桿復合支護在深基坑的應用[J]．路基工程，2008（6）：31～33．

作者簡介：陳環宇（1977—）男，河南固始縣，工程師、現任縣住房和城鄉建設局建筑業管理股股長，研究方向：工業與民用建筑的施工的合理化研究工作