支护结构的形式、方案选择与工程实例

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1、1 深基坑支护工程设计与检测事故分析、相关规范与工程实例第二部分支护结构的形式、方案选择与工程实例随着城市化和地下空间开发利用的发展，我国基坑工程设计和施工水平有了很大的提高。但是还存在一些问题，应当引起我们的重视。一是基坑工程事故多，造成生命和财产的重大损失，这一点我们在第一部分中已经讲过了；二是设计不合理，造成工程投资浪费，需要我们重视。为了使基坑工程的设计和施工做得更好，有几个问题是应当了解的。比如基坑工程特点；常用支护型式及适用范围；支护型式的合理选用和优化设计；基坑支护结构的设计方法；土压力的选用；地下水控制；按稳定控制设计与按变形控制设计；基坑工程施工等等。一基坑工程特点2 同意浙

2、江大学龚晓南教授的归纳，基坑工程具有八方面的特点：1 基坑支护体系是临时结构，与永久性结构相比，设计考虑的安全储备较小，因此基坑工程具有较大的风险性，对设计、施工和管理各个环节提出了更高的要求；2 场地工程地质条件和水文地质条件对基坑工程性状具有极大的影响，基坑工程具有很强的区域性；3 基坑工程与周围环境条件密切有关，在城区和在空旷区的基坑对支护体系的要求差别很大，几乎每个基坑都有特殊性；4 基坑支护设计不仅涉及土力学中稳定、变形和渗流三个基本课题，而且基坑支护结构受力复杂， 要求设计人员不仅具有较好的岩土工程分析能力，还应具有较好的结构工程分析能力；5 作用在支护结构上的主要荷载土压力的影响

3、因素很多，很复杂；6 基坑工程空间形状对支护体系受力具有较强影响，土又具有蠕变性，因此基坑工程时空效应强；3 7 基坑挖土顺序和挖土速度对基坑支护体系受力具有很大影响。支护设计应考虑施工条件，并应对施工组织提出要求。基坑工程需要加强监测，实行信息化工；8 基坑支护体系的变形和地下水位下降都可能对基坑周围的道路、地下管线和建筑物产生不良影响，严重的可能导致破坏。基坑工程设计和施工一定要重视环境效应。分析基坑工程事故， 人们不难发现绝大多数基坑工程事故都与设计、施工和管理人员对上述基坑工程特点缺乏深刻认识，未能采取有效措施有关。二支护结构的形式在实际工程中应用的支护结构的形式很多，在支护型式分类中

4、要包括各种支护型式是困难的，但大致可以分为以下四大类：1 放坡开挖及简易支护包括放坡开挖；放坡开挖为主，辅以坡脚采用短桩、隔板及其他简易支护；放坡开4 挖为主，辅以喷锚网加固等。2 加固边坡土体形成自立式支护包括水泥土重力式支护结构；加筋水泥土墙支护结构；土钉墙支护结构；复合土钉墙支护结构；冻结法支护结构等。3 挡墙式支护结构挡墙式支护结构主要可分为悬臂挡墙式支护结构、 内撑挡墙式支护结构和拉锚挡墙式支护结构三类。另外还有内撑与拉锚相结合等形式。常用挡墙形式有：排桩墙；地下连续墙；板桩墙；加筋水泥土墙等。4 其它形式支护结构常用形式有：门架式支护结构；重力式门架支护结构；拱式组合型支护结构；沉

5、井支护结构等。每种支护型式都有一定的适用范围，而且随工程地质和水文地质条件，以及周围环境条件的差异，其合理支护高度可能产生较大的差异。例如：在土质较好，地位水位较低的情况下， 基坑采用土钉墙支护的深度可达十多米，而对软粘土地基土钉墙支护极限5 高度只有 5m左右。常用的基坑支护型式及适用范围如下表所示。 对参考引用表中提及的开挖深度时应慎重，应根据当地经验合理选用。常用基坑支护型式及适用范围类别支护型式适用范围备注放 坡 开挖 及 简易支护放坡开挖地基土质较好，地下水位低，或采取降水措施， 以及施工现场有足够放坡场所的工程。 允许开挖深度取决于地基土的抗剪强度和放坡坡度费用较低，条件许可时尽量

6、采用放 坡 开 挖 为主， 辅以坡脚采用短桩、隔板 及 其 他 简易支护基本同放坡开挖。 坡脚采用短桩、隔板及其他简易支护可减小放坡占用场地面积， 或提高边坡稳定性放 坡 开 挖 为主，辅 以 喷 锚 网加固基本同放坡开挖。 喷锚网主要用于提高边坡表层土体稳定性加 固 边坡 土 体形 成 自立 式 支护水 泥 土 重 力式支护结构可采用深层搅拌法施工， 也可采用旋喷法施工。 适用土层取决于施工方法。软粘土地基中一般用于支护深度小于6m的基坑可布置成格栅状，支护结构宽度较大加 筋 水 泥 土墙支护结构一般用于软粘土地基中深度小于 6m的基坑常用型钢、预制钢筋混凝土T 形桩等加筋材料。采用型6 钢

7、加筋需考虑回收土 钉 墙 支 护结构一般适用于地下水位以上或降水后的基坑边坡加固。 土钉墙支护临界高度与地基土抗剪强度有关。一般土中以12m为妥；软粘土地基中应控制使用，一般可用于深度小于5m 、 而且可允许产生较大的变形的基坑可与锚、撑式排桩墙支护联合使用，用于浅层支护复 合 土 钉 墙支护结构基本同土钉墙支护结构复合土钉墙形式很多，应具体情况，具体分析冻 结 法 支 护结构可用于各类地基应考虑冻融过程中对周围的影响，电源不能中断，以及工程费用等问题挡 墙 式支 护 结构悬 臂 式 排 桩墙支护结构基坑深度较小，而且可允许产生较大的变形的基坑。 软粘土地基中一般用于深度小于6m的基坑常辅以水

8、泥土止水帷幕排 桩 墙 加 内撑 式 支 护 结构适用范围广，可适用各种土层和基坑深度。软粘土地基中一般用于深度大于 6m的基坑常辅以水泥土止水帷幕地 下 连 续 墙加 内 撑 式 支护结构适用范围广，可适用各种土层和基坑深度。一般用于深度大于 10m的基坑7 加 筋 水 泥 土墙 加 内 撑 式支护结构适用土层取决于形成水泥土施工方法，多用于软粘土地基中深度大于 6m的基坑采用型钢加筋需考虑回收排 桩 墙 加 拉锚 式 支 护 结构砂性土地基和硬粘土地基可提供较大的锚固力。 常用于可提供较大的锚固力地基中的基坑。基坑面积大， 优越性显著采用注浆可增加锚杆的锚固力地 下 连 续 墙加 拉 锚

9、式 支护结构常用于可提供较大的锚固力地基中的基坑。基坑面积大，优越性显著其 它 形式 支 护结构门 架 式 支 护结构常用于开挖深度已超过悬臂式支护结构的合理支护深度，但深度也不是很大的情况。 一般用 于 软 粘 土 地 基 中 深 度7-8m， 而且可允许产生较大的变形的基坑重 力 式 门 架支护结构基本同门架式支护结构对门架内土体采用深层搅拌法加固拱 式 组 合 型支护结构一般用于软粘土地基中深度小于 6m 、而且可允许产生较大的变形的基坑辅以内支撑可增 加 支 护 高度、减小变形沉 井 支 护 结构软土地基中面积较小且呈圆形或矩形等较规则的基坑三支护型式的合理选用和优化设计几乎可以说每一

10、个基坑都有特殊性，应8 根据场地工程地质和水文地质条件，基坑开挖深度和周边环境条件，选用合理的支护型式。基坑支护型式很多，每一种基坑支护型式都有其优点和缺点，都有一定的适用范围。一定要因地制宜， 选用合理的支护型式。如何合理选用，笔者认为应抓住该基坑支护中的主要矛盾。例如要认真分析该基坑支护的主要矛盾是支护体系的稳定问题，还是需要控制支护体系的变形问题。基坑支护体系产生稳定和变形问题的主要原因是土压力问题，还是地下水控制问题。一般来说，饱和软粘土地基中的基坑采用排桩墙加内支撑的支护型式可以较好解决土压力引起的稳定和变形问题。若基坑比较深可采用地下连续墙加内支撑的支护型式。若基坑较浅（一般小于5

11、 m ） ，且周边可允许基坑有较大的变形，可采用土钉墙或复合土钉墙支护， 或采用水泥土重力式挡墙支护。采用土钉或复合土钉支护时，基坑深度一定要小于其临界支护高度。土钉墙支护临界支护高度主要取决于地基土体的抗剪强9 度。而粉砂和粉土地基中的基坑支护主要问题是地下水控制。控制地下水有两种思路：止水和降水。止水帷幕施工成本较高，有时施工还比较困难。当止水帷幕两侧水位差较大时， 止水帷幕的止水效果往往难以保证。一般认为有条件降水时应首先考虑采用降水的方法。 在降水设计时需要合理评估地下水位下降对周围环境的影响。为了减小基坑降水对周围的影响，也可通过回灌以提高基坑外侧地基中的地下水位。在粉砂、粉土地基，

12、有条件采用土钉支护时应首先考虑采用土钉支护。如基坑较深，可采用浅层土钉支护，深部采用排桩墙加锚或加撑支护。当采用止水帷幕和排桩加内支撑或锚杆支护时，应采取措施尽量减小基坑内外水位差，并且当止水帷幕漏水时，应有应付漏水的对策。基坑支护方案合理选用是基坑支护结构优化设计的第一层面，基坑支护结构优化设计的第二层面是指选定基坑支护方案后，对具体设计方案进行优化。因此除应重视基10 坑支护方案的合理选用外，还应重视具体设计方案的优化。四按稳定控制设计与按变形控制设计当基坑周围空旷，如市政道路、地下管线、周围建（构）筑物在基坑工程影响范围以外，允许基坑周围地基土体产生较大的变形时，基坑支护设计可按稳定控制

13、设计；当基坑紧邻市政道路、管线、周围建（构）筑物，而不允许基坑周围地基土体产生较大的变形时，基坑支护设计应按变形控制设计。按稳定控制设计只要求基坑支护体系满足稳定性要求，允许产生较大的变形；而按变形控制设计不仅要求支护体系满足稳定性要求， 还要求支护体系变形小于某一控制值。由于作用在支护结构上的土压力值与位移有关， 在按稳定控制设计中和在按变形控制设计中， 作为荷载的土压力设计取值是不同的。 在选用基坑支护型式时应明确是按稳定控制设计，还是按变形控制设计。当可以采用按稳定控制设计时，采用按变形控制11 设计可能增加工程投资；当需要采用按变形控制设计时， 采用按稳定控制设计可能对环境造成不良影响

14、。 基坑周围地基土体的变形可能对周围的市政道路、地下管线、 建（构）筑物产生不良影响，严重的可能影响其正常使用。按变形控制设计中， 基坑支护变形控制量不是愈小愈好，也不宜统一规定，应以基坑变形对周围市政道路、地下管线、 建（构）筑物不会产生不良影响，不会影响其正常使用为标准，合理确定变形控制量根据基坑周边环境条件，首先确定采用按稳定控制设计，还是按变形控制设计，至今尚未引起重视， 或者说尚未提到理论的高度。现有规程规范、手册、以及设计软件均未能从理论高度给予区分，多数有经验的设计师是通过综合判断调整设计标准来区分的。笔者认为我国已有条件推广根据基坑周边环境条件采用按稳定控制设计，或按变形控制设

15、计的设计理念，进一步提高基坑支护设计水平。12 五土压力的选用问题基坑支护结构设计中，土压力值的合理选用是首先要解决的关键问题。影响土压力值的合理选用的因素主要有下述几个方面：在基坑支护结构设计中，人们通常采用库伦土压力理论或朗肯土压力理论计算土压力值。根据库伦或朗肯土压力理论计算得到的主动土压力值和被动土压力值都是指挡墙达到一定位移值时的土压力值。实际工程中挡墙往往达不到理论计算要求的位移值。当位移偏小时，计算得到的主动土压力值比实际发生的土压力值要小，而计算得到的被动土压力值比实际发生的土压力值要大。如不进行修正，计算结果是偏不安全的。挡墙实际位移值的大小对作用在挡墙上的土压力值大小的影响

16、应予以重视。库伦土压力理论和朗肯土压力理论都是建立在太沙基提出有效应力理论以前，在土压力计算中采用水土分算和水土合算的合理性，理论上的讨论分析已经很多。目前在设计计算中，土压力计算通常采用下述原13 则，对粘性土采用水土合算，对砂性土采用水土分算。 实际工程中遇到的土层是比较复杂的。采用水土分算与采用水土合算计算结果是不一样的，如何合理选用计算值，也是应该重视的。在采用库伦或朗肯土压力理论计算土压力时都需要应用土的抗剪强度指标，土的抗剪强度指标值是与采用的土工试验测定方法有关的。 如何合理选用土的抗剪强度指标值，是土压力计算中又一个重要的问题。基坑工程中影响土压力值的因素还很多，如土的蠕度，基坑降水引起地下水位的变化，基坑工程的空间效应等，有的影响因素是不利的，有的影响因素是有利的，这些都需要设计人员合理把握。从土压力的影响因素之多，之复杂，可见土压力值合理选用的难度，土压力值合理选用的重要性。任何“本本”都很难对土压力值的合理选用作出具体的规定，在基坑支护结构设计中土压力值能否合理选用很大程度取决于该地区工程经验的积累，取决于设计工程师的综合判断能力。14