深基坑支护结构设计理论及工程应用

深基坑支护结构设计理论及工程应用摘要：随着我国建筑行业的高速发展，高层建筑的不断兴起，深基坑支护是当前建筑施工中广泛应用的重要技术。对于施工的安全性和质量具有直接的影响，所以加强建筑深基坑支护结构的设计具有极其重要的意义。本文介绍了深基坑支护的类型及特点及其机构的主要计算方法。关键词：深基坑：支护；结构设计一、深基坑支护的类型及特点1.1放坡开挖放坡开挖是最经济、最简单而且速度最快的一种支护类型，当条件满足时宜优先采用。硬质、可塑性粘土和良好砂性土场地足够放坡，有时对坡面采取措施边坡高度一般3～6m，否则分段开挖；最后还要验算边坡稳定等。1.2挡土支护开挖为了保证基坑周围的建筑物、构筑物以及市政设施安全，或为了满足无水条件下施工，需要设置挡土和截水结构。这种结构称为支（围）护结构。基坑工程包括支护体系的设置和土方开挖两个方面。土方开挖的施工组织是否合理对围护体系是否成功产生重要影响。不合理的土方开挖方式、步骤和速度有可能导致主体结构桩基础变位、支护结构变形过大、甚至引起支护体系围护体系崩溃。挡土支护按目前常见的有五种：水泥土墙支护、排桩、地下连续墙、钢板桩支护、土钉墙支护。1.3加固型加固型主要有水泥搅拌桩加固法、高压旋喷桩加固法、水泥喷粉桩加固法、注浆加固法、网状树根桩加固法及插筋补强法等，哪一种比较经济合理,可根据挖土面的深度,工程及水文地质条件,外荷载状况及施工场地等条件综合分析考虑确定。二、深基坑支护结构类型2.1悬臂式支护结构是指不加任何支撑或锚，只靠嵌入基坑底下一定深度的岩土体平衡上部土体的主动土压力、地面荷载以及水压力的支护结构。有地下连续墙、排桩结构。就该种支护结构而言，其嵌入深度极为关键。但是因为基坑底以上部分呈悬臂状态，不具有任何支点作用，桩顶位移及构件弯矩值相对较大，对支护结构构件有很高的要求。所以，该种结构应用广泛于基坑深度较小、土质条件较好以及对基坑水平位移要求不高的基坑。2.2拉锚式支护结构其结构形式由挡土结构和外拉系统组成。外拉结构可分为两种：锚杆（索）支护结构和地面拉锚支护结构。锚杆（索）支护是由挡土结构及锚固于基坑滑动面以外的稳定土体的锚杆（索）组成。地面拉锚支护结构由挡土结构、拉杆（索）和锚固体组成。常用于深度及规模不大的基坑。2.3土钉墙支护结构又叫土钉支护技术，是在原位土中密集设置土钉，并在土边坡表面构筑钢丝网喷射混凝土面层，支护边坡或边壁主要借助面层、土钉以及原位土体三者的共同作用。同时，土钉墙体构成了一个就地加固的类似重力式挡土结构。相较于已有各种支护方法，土钉墙支护结构具有更大的优势，广泛应用于国内外的边坡加固与基坑支护中。三、.深基坑支护结构计算方法3.1弹性抗力法弹性抗力方法针对挡土墙被动土压力的计算问题的传统方法做了一些修正。挡墙的位移具有一定的控制要求，其内侧不可能完全转变成被动状态，其实际的情况是仍处在弹性抗力的阶段所以就加了横向抗力这个概念来形容丢平荷载柱状的承受力。将施加在墙体上的水平荷载作为外侧主动土压力，计算挡墙的变形与内力时采用弹性地基梁的方法，用弹性抗力系数来模拟土对墙体的水平向支撑，弹簧模拟支锚结构。2.3有限元和数值分析法随着计算机技术的提高，有限元和数值分析法在支护结构分析中得到了广泛地应用，提供了一种理论上更为合理的设计计算方法。它将土体和支护结构分别划分为有限单元进行计算，其优点是可以考虑土体与支护结构的相互作用，可以从整体上分析支护结构及周围土体的应力和位移，而且还可求得基坑的隆起量、地表的沉降量和土中的塑性区范围及发展过程，还可以与土流变学相结合求得各参数的时间效应。最重要的一点，它适用于动态模拟计算，通过动态计算模型，按照施工过程对支护结构进行逐次分析，预测支护结构在施工过程中的性状。四、深基坑支护设计和工程应用4.1合理选择支护施工方法对深基坑工程支持形式简单地进行说明和讨论。重力式挡土墙支护结构、悬臂式支护结构以及混合支护结构是深基坑支护的三种主要方式，悬臂支护结构在基坑底部的岩体或土体的作用下，以确保稳定，适用于基坑开挖深度小、土壤条件好的环境而重力式挡土墙依靠自身的重量，确保支撑结构在各种压力下达到平衡。混合支护结构可以简单地解释为螺栓支撑结构，借助螺栓和喷射混凝土层，开挖和支护结构形式，保证基坑的安全支护。4.2合理选择开挖方式因为建筑基坑工程是根据土壤基础或软岩石基础施工，土方数量一般较大，在基坑开挖过程中，应根据具体情况选择合理的开挖方法。一般可用于单独的挖掘方式，可以挖掘和挖掘土壤运输，避免在工作面上积累土方，提供一个良好的施工环境。同时，在土方开挖的过程中，处理适当的监控维护结构，合理控制土方开挖速度和过程。4.3保障支护过程中的安全建筑基坑施工过程的安全措施是至关重要的。如:进入施工现场的监督人员或施工人员必须采取相应的防护措施，必须戴安全帽，取得相关证书;员工上岗工作前不得喝酒;有专业技术人员检查机械和设备，按照规定做好维修和保养工作，确保正常施工。4.4加强对建筑基坑支护防水技术要求在建筑基坑支护施工中必须高度重视地下水问题。当地下水位变化大或基础地下水位很长一段时间，需要在基坑进行排水，保证正常施工，深坑开挖时，流沙、管涌等现象都可能发生，做好应急措施是很有必要的。五、结束语深基坑在建筑工程施工中应用的范围较广，由于其具有复杂、多变性。在施工方案考虑不周，极易导致突发问题发生，给财产和人员安全带来较大的威胁。这就要求工程人员根据实际条件、结合工程经验，对各种可能的支护方案进行比较和优化。从而确保支护结构在工程应用的安全性、适用性。参考文献[1]黄镜华.深基坑支护结构设计理论及工程应用[J].科技信息，2009.[2]余志成，施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社，2009.