深基坑支护结构中的几个关键问题探析
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摘要：实践证明，深基坑的开挖与支护，是一项系统工程，涉及工程地质、水文地质、工程结构、施工工艺和工程管理。它是集土力学、水力学和结构力学于一体的综合性学科。随着对这些问题的认识及其对策研究的深入，越来越多的新技术在深基坑工程中也得到应用。
关键词：深基坑支护，选择，设计，算法，施工
深基坑工程是随着城市建设事业的发展而出现的一种较类型的岩土工程，基坑支护设计是一个综合性的岩土工程问题，既涉及土力学中典型强度与稳定问题，又包含了变形问题，同时还涉及到土与支护结构的共同作用以及结构力学等问题。随着深基坑开挖深度的越来越大，合理的基坑支护技术是保障建筑物安全施工的关键。下面就深基坑支护结构中的几个关键重点问题做一经验交流。
1、深基坑支护的设计
基坑支护体设计要根据实际施工需求，结合基坑侧壁安全等级及重要性系数科学严谨的制定设计方案，应做到：（1）充分利用新技术、新理念，具体事物具体分析，不要生搬硬套传统的设计理念。在现今的深基坑支护结构的设计领域，还没有公认的、权威的的计算公式，基本上都是摸着石头过河。深基坑支护结构的设计要区别其他设计领域，要改变传统观念，利用施工监测反馈动的态信息指引设计体系。（2）重视支护结构理论和材料的试验研究，实践是检验真理的唯一标准。正确的理论必须建立在大量试验研究的基础之上。在深基坑支护结构的实验方面，我国与发达国家有较大距离，还有大量的路要走。不过，我国由于经济的飞速发展，大量高层超高层建筑拔地而起，所以积累了拥有大量的第一手施工数据，但缺少科学的测试数据，无法形成理论，我们以后一定要重视。（3）勇于创新，设计支护结构时，开拓思路，多进行新的尝试。在施工中深基坑支护结构各元素往往是相互结合的，各结构相互结合，这就要求我们从全局出发，寻求新的设计思路，探索更好的计算方法。
基坑支护是一种特殊的结构方式，具有很多的功能。不同的支护结构适应于不同的水文地质条件，因此，要根据具体问题，具体分析，从而选择经济适用的支护结构。
2、深基坑支护的结构选择
一般在工程中，深基坑支护的类型有：土钉墙支护；搅拌桩支护；柱列式灌注桩、排桩支护；内支撑和锚杆支护；钢板桩支护；地下连续墙；等。
深基坑支护结构选择，一般应先考虑本单位现有施工机构，优先考虑本工程基础桩相同类型桩作为基坑支护结构，如工程桩采用钢筋混凝土灌注桩，则基坑支扩结构应尽量选用这种桩型，其直径可相应选用较小直径，这样可减少进退场费用。当基坑较深围护桩布置允许时，应尽量选用两排支护桩，这种布置方式力学性能较好，前后排桩与桩顶圈梁形成刚架结构，桩间土参与协同工作。改善围护桩的受力状况，达到减少桩的配筋量。当围护桩要求达到防渗要求，基坑深度小于7m，地表杂填土中砖瓦碎片含量较多时，不宜单独选用水泥搅拌桩，搅拌桩改为水泥注浆。北方粘土地区，基坑较深，可选用钢筋混凝土桩加锚杆支护形式，但南方一般不适用，可选用大直径钢筋混凝土灌注桩，桩顶加钢筋混凝土圈粱，转角处加斜支撑。凡是地基土为淤泥，且基坑又较深时，不宜选用钢板桩，选用钢筋混凝土地下连续墙。工程造价较高，可选用大直径两排钢筋棍凝土灌桩，中间加水泥搅拌桩(互相重叠150mm以上，以便形成防渗幕墙，且参加灌注桩协同工作，具有良好力学性能，当条件允许时，用井点降水作为辅助手段)。围护桩的选用应经过多方案比较，根据实际情况，包括周围环境和地质条件，选用经济效益最佳的支护方式。
3、深基坑支护结构的计算方法
3、1静力平衡法
静力平衡法亦称自由端支承法，该法假定围护结构是刚性的，并可绕支撑点转动。围护结构的前侧产生被动土压力，后侧产生主动土压力。静力平衡法适用于围护结构的入土深度不太深即底端非嵌固的情况，此时围护结构由于土压力的作用而达到极限平衡状态。利用墙前后土压力的极限平衡条件来求插入深度、结构内力等。
3、2等值梁法
单支撑(锚拉)埋深板桩计算，将其视为上端简支、下端固定支承，变形曲线有一反弯点，一般认为该点弯矩值为零，于是可把挡土结构划分为两段假想梁，上部为简支，下部为一次超静定结构，其弯矩图不变，该法称为等值梁法。实践表明，等值梁法计算板桩是偏于安全的，实际设计计算常将最大弯矩予以折减，折减经验系数为0．6-0．8，一般取0．74。等值梁法基于极限平衡状态理论，假定支挡结构前后受极限状态的主被动土压力作用，不能反映支挡结构的变形情况，亦即无法预先估计开挖对周围建筑物的影响，故一般仅作支护体系内力计算的校核方法之一。
3、3弹性地基梁的m法
基坑工程弹性地基梁法取单位宽度的挡墙作为竖直放置的弹性地基梁，支撑简化为与截面面积、弹性模量和计算长度等有关的二力杆弹簧。弹性地基梁法中土对支挡结构的抗力(地基反力)用土弹簧模拟，地基反力的大小与挡墙的变形有关，即地基反力由水平地基反力系数同该深度挡墙变形的乘积确定。即f=mzy，其中，f为土对支挡结构的水平地基反力，kN/m2；为比例系数，kN/m4；为计算深度，m；为计算点处挡墙的水平位移m。弹性地基梁的m法优点是考虑了支护结构与土体的变形协调。工程实践表明，在软土中的悬臂桩支护计算采用m法，计算位移与实测位移有很大差异，实测位移是计算值的好几倍。这说明桩后土体变形已不再属于弹性范围。另外，m法无法直接确定支护结构的插入深度，通常假定试算有很大的随意性，有时桩底落在软弱土层中，还需经验来修正。
3、4弹塑有限元法
有限单元法作为今后基坑支护设计计算的发展方向，它的优点是考虑了土体与结构的变形协调，而且可以得出塑性区的分布，从而判断支护结构的总体稳定性。但选取合理的本构模型与计算参数，以及塑性区范围与稳定性之间的定量关系均缺乏经验。目前，随着计算机技术及系统科学的发展，为有限单元法的完善提供了更有利的工具。在结构计算方面，建立了能考虑基坑围护结构和土压力的空间非线性共同作用理论及其计算方法，并编成程序，方便高效地完成基坑围护工程的计算。