基坑支护的设计分析与研究综述

2022-05-12 16:50:06 | 浏览次数：

【摘要】隨着我国的城市建设发展，深基坑工程逐渐成为一项重要的研究方向。目前深基坑设计已发展为多种形式，每种支护形式均应考虑土压力、计算方法、土层变形分析和控制等，本文针对这几个方向进行分析阐述。可帮助相关工作人员能更好更快的对深基坑支护有多了解。

【关键词】深基坑土压力地下水

一、引言

随着我国的城市建设发展，我国建筑的规模也越来越大。为了最大程度的利用有限的土地，深基坑工程也越来越多的被利用。深基坑工程的质量不仅关系着土地的利用率，对于整个高层建筑的稳定与否也有着至关重要的联系。

在深基坑工程的不断发展过程中，不仅其深度在不断地增加，横向发展也在不断的扩大。这种情况下极大的考验了支护系统的性能，为大面积深坑提供最为有效和稳定的支护已经成为现在研究的一个主流课题。因此，在深基坑工程施工前必须做好详细的土质检测，并根据土壤的特性设计相应的施工方案。

二、基坑支护研究的背景及意义

从上世纪90年代开始基坑开挖与支护工程开始大发展，以北京、上海、深圳等城市为代表，基坑（深度一般在20m范围内）开挖与支护工程大量开始建设。90年代末期以来，基坑开挖最大深度迅速增大至30-50m。目前我国基坑开挖工程的深度逐步增加，工程建设难度不断加大，理论研究与施工的水平正面临着研究的考验。

基坑工程建设难度大，危险性高，一旦发生事故后果非常严重，不仅会造成经济损失、工期延误，更会造成人员的伤亡。根据对国内522例深基坑事故原因的调查分析，施工的质量和设计缺陷是发生事故的主要原因，其中：设计缺陷共213例，占40.8%：施工质量共207例，占39.6%;水的作用共69例，占13.2%。为了减小事故发生的概念，广大科研工作者展开了对基坑开挖与支护方面的研究，有以下两点特点。

（1）基坑开挖的深度不断加大，深基坑和超深基坑的开挖与支护方面研究已成为主题。

（2）基坑群的设计、施工远比单个基坑复杂，己经开始进行基坑群理论和工程实践方面的研究。

基坑开挖与支护涉及土力学中典型的强度与稳定问题，还包含了变形控制问题，同时还涉及到土体与支护结构间的相互作用。有针对性的提出改进和优化支护技术的具体措施，为深基坑提供可借鉴的成果，对保证工程质量，安全、经济的完成建设任务将有重要意义。

三、国内外基坑支护的研究现状

（一）基坑支护的主要形式：放坡开挖结构、土钉墙支护结构、水泥土重力式支护结构、排桩支护结构、悬臂式支护结构、内撑式支护结构以及其他形式支护结构。

（二）基坑支护研究进展

随着科学技术的不断发展进步，基坑开挖与支护的设计理论、施工技术都得到了不断的改善提高，这也为支护结构选型提供了多种选择。目前其理论研究主要关注以下几个方面的问题：

1、土压力方面的研究

土压力是基坑侧壁作用在支护结构上的主要荷载，土压力的大小受土体位移等因素的影响，且在基坑开挖过程中，作用在支护结构上的土压力是不断变化的，确定岩土体条件和不同工况下土压力的大小对确定支护结构的类型和结构尺寸的大小至关重要。近年来关于基坑开挖与支护方面的规范相继出台，这对指导工程设计与施工作用甚大，通过不断的工程实践和理论研究分析，人们不断的加深了对土压力的理解认识。

2、计算方法方面的问题

目前基坑支护的计算方法主要有三种：经典方法、弹性地基梁法、有限元法。由于岩土工程各方面影响因素较为复杂，影响土体结构变形的参数较多，采用常规方法很难把问题计算准确。随着计算机技术的不断发展，一种新的数值计算方法逐渐被大家所采用：有限单元法。该计算方法把墙、土都按照一定的计算要求划分单元，土体利用相应的本构模型（采用的土体本构模型主要有线性弹性模型、非线性弹性模型等），采用平面有限元法或空间有限元法进行求解，该计算方法在理论上较为完善。

3、土层变形分析和控制问题

基坑的开挖与支护势必造成基坑周围土体的应力分布环境发生变化，导致基坑底、基坑侧壁和坑外土体发生位移，情况严重时会影响到地下管线和邻近建筑物的安全。基坑开挖变形主要包括三个方面：墙体变形、基坑底部隆起和基坑周围土体的变形。

（1）基坑壁侧向位移

对于悬臂支护基坑或有内支撑的基坑，墙体的位移在开挖过程中是不断变化的，基坑开挖初期未设支撑，墙体侧向变形表现为三角形分布，在基坑底部的侧向位移最大，基坑绕底部某一点向坑内倾转，随着开挖深度的增加和横向支撑的设立，墙体中部位移向坑内突出。在深基坑开挖与支护设计过程中，普遍应用弹性地基梁法计算支护结构内力和位移。

（2）基坑底隆起变形

基坑开挖过程中，由于原有土体被挖出，自重应力消失，基坑底土体将产生一定的回弹。目前研究由于基坑开挖而引起的回弹和隆起，及其与基坑最后失稳的内在联系己成为基坑工程重要的研究课题之一。计算地基回弹和隆起有几种方法：经验公式法、有限单元法和实用计算法。

4、水土压力的问题

水土压力作用机理十分复杂，不少学者都己经展开了这方面问题的研究。多工程实践研究表明：在基坑工程支护设计当中，粘性土按水土合算，砂性土采用水土分算的计算方法基本上是满足工程要求。

5、地下水控制设计问题

对于沿海、沿江等高水位地区或表层滞水丰富的地区来说，深基坑工程的地下水控制的成败是基坑工程成败的关键问题之一。

目前降低地下水位包括重力式和非重力式两类，井点、管井、渗井、明排仍是当前的主要方法。成功的降水需要结合复杂多变的水文地质条件，选择降水的范围、方法和时间安排，因地制宜地采用一种或几种方法组合。

四、未来研究的方向

随着我国经济的发展，城市中高层建筑越来越密集，建筑物周边地下设施变得错综复杂，影响深基坑支护的因素变得不确定和复杂多样。由于在支护方案的优选和支护构件的优化方面研究的并不深入系统。目前关于基坑开挖与支护方面的研究还存在以下几个方面的问题。

（1）我们在进行土压力计算时，无论采用库伦土压力理论还是朗肯土压力理论都是在一定的理想假设条件下，对于这种理论的探索有待于我们进一步深化研究。

（2）基坑在受到大雨冲刷和浸泡下，土体的物理性能发生变化，这样会与原来力学性能有较大的差别，到底影响的程度如何，会产生一个什么样的结果缺少一个准确的可靠性的理论分析和应对措施。

（3）在计算中忽视了深基坑内外通常存在较大水位差的实际情况，忽视了渗流效应对土压力的影响。