软土地区深基坑支护结构破坏因子分析摘要：软土地区深基坑支护结构的破坏是导致基坑事故频发的主要因素之一，如何因时因地合理选择支 护类型、设计支护结构是避免基坑事故发生的重要方式本文着重介绍各类支护结构及其适用条件，分 析各类支护结构的可能破坏因子，提出避免软土地区深基坑破坏的最佳支护方式，为软土地区深基坑支 护设计提供参考依据关键词：软土地区深基坑支护结构破坏因子伴随着城市建设的发展，城市用地越来越紧张，而基坑工程往往处于房屋和生命线工程的聚集地区, 因此对基坑工程设计提出了更高、更严的要求，不仅要确保基坑的稳定，而且要满足变形控制的要求， 以确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等设施的安全而基坑的变形控制是现有基坑工程强度控制 设计理论不够重视的一个方面，常规计算方法对支护结构及基坑周围土体的变形未能给出相应的解答， 这是导致一些基坑工程失败的主要原因之一侯学渊等E深入讨论了变形控制设计，提出了变形控制设 计的基本思想：支护结构在满足强度的前提下，尚需满足其使用要求，即基坑在施工过程中既要保证其 安全、不失稳，又要保证其对周围环境不造成破坏性的影响一、软土地区深基坑支护结构的主要类型及适用条件1. 重力式挡土支护结构重力式支护结构是重力式挡土墙的一种延伸和发展，其特点是通过加固基坑侧壁形成一定厚度的重 力式挡墙，主要以自身重力来维持支护结构在侧压力作用下的稳定。
目前，水泥土搅拌桩（或称深层搅 拌桩）支护结构是近年来发展起来的一种重力式支护结构这种支护结构是通过搅拌桩机将水泥与土进 行搅拌，形成柱状水泥土墙，使之既具有挡土作用，又兼具有隔水功能适用范围：该结构适用于软土地区的支护，适宜开挖深度在4至6m,最深可达7至8m2. 拉锚式支护结构拉锚式支护结构分为地面拉锚支护结构和锚杆支护结构两类，是由支挡结构与拉锚系统组成地面 拉锚支护结构是指拉锚系统设置在地面，由挡土结构、拉杆（索）和锚固体组成，锚固体通常是锚固桩 或锚碇板锚杆支护结构是指拉锚系统设置在坑壁稳定土体内，是由支挡结构及锚杆组成适用范围：地面拉锚支护结构常用于深度及规模不大的基坑或悬臂支护结构的抢险工程中锚杆支 护结构一般用于规模较大、邻近有建筑物或重要管线且不允许有较大变形的深基坑，以及不适合设置内 支撑或设置内支撑不经济等情况3. 内支撑支护结构内支撑支护结构是指由挡土结构和内支撑系统组成的支护结构挡土结构主要承受基坑开挖所产生 的土压力和水压力，有地下水时也可防止地下水的渗漏，是稳定基坑的一种临时支挡结构，一般采用护 壁桩和地下连续墙内支撑系统是承受挡土结构传递的侧向压力，为挡土结构的稳定提供足够的支撑力, 直接平衡两端围护结构上所承受的侧压力，常用的支撑系统有钢支撑和现浇钢筋混凝土支撑。
适用范围：适用于各种复杂条件下的深基坑支护，能做到零红线支护，但是山于造价昂贵旦施工空 间狭窄而使之在施工条件较好的地方得不到广泛使用4. 复合土钉墙支护结构由于土钉墙支护适用范围有严格要求，在松散砂土、软土及含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层、饱 和软弱土层不能单独使用此种支护结构，必须与其他支护结构混合使用，即形成了复合土钉墙支护复 合土钉墙支护是由土钉、喷射混凝土、预应力锚杆或预支护微型桩或水泥土桩组合，形成用以解决基坑 变形、土体自立和隔水而形成的复合支护形式适用范围：淤泥质土、人工填土、砂性土、粉土、黏性土等土层，开挖深度不超过18m的各种基 坑5. 预应力锚杆支护结构预应力锚杆支护是用于基坑开挖和边坡稳定的一种新型支挡技术，是由预应力锚杆与喷射混凝土面 层或木板面层结合而成的一种支护方法其中预应力锚杆是由众多轻型的预应力锚杆组成的锚杆系统 由于预应力的作用，改变了基坑的受力状态，从而减小了基坑由于开挖而产生的破坏变形适用范围：此方法适用于严格要求控制位移的基坑及超深基坑的支护二、软土地区深基坑开挖导致支护结构破坏的主要因子及相应改良控制措施1. 结构设计方面%1 支护结构计算模型：当前，深基坑支护结构的设计计算仍沿用极限平衡理论。
然而极限平衡理论 是一种静态假设，而实际工程中基坑开挖后的土体是一种动态平衡状态，土体随着时间的增长，强度逐 渐下降，并产生一定的变形，即所谓的应力松弛过程工程实践表明，有些地区的支护结构按极限平衡 理论计算，从理论上来讲是绝对安全的，但实际工程中却发生了破坏；而有些地区的支护结构却恰恰相 反，即使安全系数比较小，甚至未达到规范的要求，但在实际工程中却获得了成功这说明在设计支护 结构时变形和时间效应必须给予充分的考虑，但在当今的设计计算中却常被忽视1 支护结构的空间效应：不同类型的基坑是具有不同尺寸比的三维空间在基坑开挖过程中，基坑 周边向基坑内发生的水平位移往往是中间大两边小（如矩形基坑），而具有平滑曲线周边（如圆形）的基 坑则往往是均匀向中心平移，深基坑边坡失稳则常常是以长边居中的位置发生实际工程证明深基坑开 挖是一个立体空间问题，而传统的深基坑支护结构设计则是按平面应变问题来计算的对一些细长条基 坑来讲，这种平面应变假设还是比较符合实际，但是对近似方形或长方形的深基坑则差别比较大闵对 于深基坑支护结构的空间效应问题，近几年国内外的研究已经取得了可喜的成果，但因为在土体力学参 数的确定、有限元分析模式的选取等方面仍不能令人信服，基坑支护结构的三维有限元分析还处于辅助 设计水平。
因此，在基坑支护结构设计前应首先把空间结构问题进行适当预期调整，以适应后期开挖空 间效应的要求2. 土压力计算方面%1 基坑土压力计算模式：基坑支护结构上土压力的计算是基坑支护结构设计的关键，但当前要精确 计算土压力还十分困难目前的支护结构设计中，一般都以经典的库伦公式或朗肯公式作为计算土压力 的基本公式运用这两个公式进行基坑土压力计算时存在以下问题：第一、库伦-朗肯土压力理论所针 对的挡土墙问题是平面问题，而深基坑开挖支护问题实际上是空间问题第二、库伦-朗肯土压力理论 计算是在某些固定极限平衡状态时的土压力，但是在实际的基坑工程中，这种极限平衡状态是不断变化 的第三、库伦-朗肯土压力理论计算的土压力局限于静止、主动、被动土压力三者之一，但是基坑挡土 结构上实际发生的土压力总是介于静止土压力与主动土压力或静止土压力与被动土压力之间因此，基 坑在开挖过程中，土压力值总是随着基坑开挖和支护的进行而不断变化，运用库伦-朗肯土压力理论无 法计算出这一动态变化过程中相应的土压力值，这就需要基坑支护设计者在选择土压力时根据实际工程 情况有所取舍，而非盲目照本宣科1 基坑土压力的时间效应：在软粘土地基中进行的深基坑开挖工程具有时间效应。
开挖期间基坑性 状的改变是由开挖卸荷所致，而开挖间歇期内的变化一般是由于土体的固结和蠕变所引起的开挖速率 快，开挖结束时的墙体水平位移也大，反之亦然由于在满足基坑稳定的前提下，开挖对基坑周围环境 的影响程度主要由墙后土体的位移量控制，由此可以认为，为控制开挖引起的坑后土体的位移，应选择 合理的开挖速率，过快的开挖速度将导致墙后土体位移的迅速增长[3]3. 地下水控制方面地下水控制是基坑工程中的一个难点，相比较通常的“降水”具有更加广泛的含意，主要包括降水 和截水由于土质与地下水位的条件迥异，基坑开挖的施工方法也大相径庭，没有统一制定的套用模式, 这就要求设计者们根据实际工程情况，进行地下水位控制设计实际工程中，绝大多数深基坑在控制地 下水方面已获得了成功，但是也有少数基坑由于存在透水性大的粉土、砂土层，含水量丰富、相邻建筑 物密集等特殊地质情况，而基坑设计者们在其降水、截水或施工设计中存在问题而出现基坑严重渗漏、 管涌，从而导致基坑事故的发生因此地下水控制设计是基坑工程设计和施工中十分重要的环节之一， 必须引起重视[4]0三、工程实例广州市某深基坑工程，开挖深度为9〜12m,基坑平面为74X68m的矩形，其开挖横剖面见图1。
开挖面位于厚度约12 m的淤泥和淤泥质粉质粘土层，该层属广州地区典型的软土地基基坑开挖影响 深度范围内土层的计算参数见表1所示挡土结构采用中900〜中1000的钻孔灌注桩，桩中心间距1.0〜 1.2 m,桩长16〜21m,支撑体系采用两道钢筋混凝土现浇桁架式内支撑，安全等级二级0.00■WT3'°°金舟僦/-19.7 ♦900@1300\/ 图1基坑支护结构横剖面图表1 土层参数层序土层名称平均层厚(m)重度 (kn/m3)强度(MPa)水平渗透系数(m/s)竖向渗透系数(m/s)内聚力 (kPa)内摩擦角(° )1杂填土3.618.01005.00E-075.00E-070302粉质粘土1.519.11505.00E-075.00E-070323淤泥2.318.3505.00E-095.00E-090284淤泥质粉质粘土10.518.3605.00E-095.00E-090285粉质粘土8.419.05005.00E-085.00E-08032支护结构设计充分考虑结构的变形和时间的关系，设定结构变形和时间的关系系数，结合空间效应 对支护结构应力-应变的影响，并参考《广州地区建筑基坑支护规范》执行。
实际施工开挖后监测得到支 护结构某横断面位移曲线如图2、图3所示3图2支护结构横断面水平位移随深度变化数据表3197531970 10 20 30 4050 60 70 80 90 100 110时间（天）图3基坑开挖结束后支护结构横断面水平位移随时间变化曲线图图2曲线表明围护桩水平位在第一、第二道横撑之间不大，而在两道横撑之间及第二道横撑到坑底 之间数值较大，且最大水平位移为2.6cm,位于基坑-9.0m处图3曲线变化规律可知基坑开挖完成后土 压力表现出了时间效应，在一定时期内，主动土压力随着时间的延长而变大，最后达到一个稳定值，此 基坑工程土压力稳定时间在基坑开挖完成80天左右,支护结构水平位移为2.17cm由开挖过程中产生的位移和开挖后产生的位移可知此支护结构总位移为4.77cm,此变化规律可知本 基坑工程支护结构设计满足国家安全等级要求（支护结构水平最大位移＜0.005h）⑸，基坑开挖施工过程 中无支护结构破坏，未出现坑底隆起或侧壁土层破坏的现象，实时监测的数据为工程顺利进行提供了技 术保障土压力参数选取方面主要遵循以下原理：土压力计算依托极限平衡理论，考虑分层开挖后的平衡为 非全量动态极限平衡，故在设计时依照本文所提动态极限平衡理论方法逐层计算，由于参照了此种计算 方法，为总体结构设计提供了更加经济高效方案。
地下水控制方面主要遵循依据以下设计办法执行：在基坑周边以深层搅拌桩作为止水帷幕，基坑内 布设降水管井疏干坑内地下水根据后期施工验证，该降水设计方案满足工程施工要求，达到了有效防 止地下水对基坑稳定性的影响四、总结软土地区深基坑支护结构破破坏因了包括结构设计方面、支护结构的空间效应方面、土压力计算及 时间效应方面、地下水控制方面等主要因子上述实例工程根据本文设计方法建议，选取支护结构、土 压力、地下水三大主要影响因素的参考值，使得本实例工程得以顺利完成，说明本文对支护结构、土压 力、地下水三个方面的建议具有参考价值和研究意义这些影响因子由于不同地区不同地质条件的差异 性而显示出不同侧重点，基坑设计及施工人员应根据当地设计及施工经验合理设计、施工参考文献：[1] 侯学渊，软土地基变形控制设计理论与工程。