浅谈深基坑结构施工技术
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摘要：本文以一个深基坑的实例来说明深基坑内支撑的稳定计算和施工。
关键词：深基坑;内支撑 ; 计算 ; 稳定
中图分类号：TV551文献标识码： A
本工程是地铁隧道深基坑支护设计。地基土层主要由杂填土、粉质粘土、细砂岩、粗砂岩和砾岩构成。基坑开挖深10m，周围为建筑物、城市交通主干道，离红外线较进，地下水位高，埋深为2.4～5.7m。
1.1内支撑设计概述
基坑内的支撑系统（包括拉锚）是基坑支护体系中的一大部分，是为施工需要而构筑的。其既要结构简洁、便于施工、又需要具有足够的强度、刚度和稳定性、以保证施工的安全、经济、方便。因此支撑结构体系的设计要与施工方案密却配合，它是施工方案技术设计的一项十分重要的内容。
1.1.1支撑体系的结构形式
（1）单跨压杆式支撑。当基坑平面呈窄长条状，短边的长度不很大时，采用这种形式具有受力明确，施工安装方便等优点。
（2）多跨压杆式支撑。当基坑平面尺寸较大，支撑杆件在基坑短边长度下的极限承载力尚不能满足维护系统的要求时，就需要在支撑杆件中布置杆支点，就组成了多跨式压杆式支撑系统。
1.1.2支撑材料的选择
目前在一般建筑工程和市政工程中采用的支撑系统，按其材料可分为钢管支撑、H型刚支撑、钢筋混凝土支撑，根据实际情况，有时在同一个基坑中采用刚和钢筋混凝土的组合支撑。
（1）刚支撑（包括钢管和型钢）具有自重小，安装和拆除都很方便，而且可以重复使用等优点。根据土方开挖进度，刚支撑可以做到随挖随撑，并可施加预紧力，这对控制墙体变形是十分有利的。因此在一般的情况下，应优先采用刚支撑。由于刚结构支撑整体刚度较差，安装试点比较多，当节点构造不合理，或施工不当不符合设计要求，往往容易造成因节点变形与刚支撑变形，进而造成基坑过大的水平位移。有时甚至由于市点破坏，造成断一点而整体破坏的后果。刚支撑截面的型式为I字形， 并列槽钢，组合角钢，直径一般为和，厚圆形钢管或者双根组合钢管。支撑为轴心受压和压弯构件，不仅要保证支撑强度，重要的是考虑支撑的稳定性。
（2）钢筋混凝土结构支撑具有较大的刚度。适用于各种复杂平面形状的基坑。现浇节点不会产生松动而增加墙移。在刚结构支撑施工技术水平不高的批；情况下，钢筋混凝土支撑具有更高的可靠性。但混凝土支撑有自重大、材料不能重复使用，安装和拆除需要较长工期等缺点。当采用爆破的方法拆除支撑时，会出现噪声、震动以及碎快分出等危害。虽然钢筋混凝土支撑变形刚度大，强度高，对护墙支护效果好，但由于混凝土支撑从钢筋、模板、浇捣至养护的整个施工过程需要较长的时间，因此不能做到随挖随撑，这对挖制墙体变形是不利的，对于大型基坑的下部支撑采用钢筋混凝土时应特别慎重。
1.2支撑系统设计与计算
1.2.1支撑系统的设计
本基坑采用水平支撑体系。水平支撑体系由水平支撑、围檩（即布置在围护墙内侧，并沿水平方向四周兜转的圈粱）和立柱组成。水平支撑材料采用钢管支撑。在本基坑中选取钢管为。其型号为，由于基坑的形状近似长方形，所以采用对撑的形式。围檩由于截面模量比较大，所以采用组合型式的围檩。由于本基坑的开挖面积大，深度深，在基坑内沿支撑方向一定的间距设支撑立柱。滨湖大厦深基坑建筑桩基础为钻孔灌注桩，则支撑力柱选用将焊接好的组合钢格构柱直接插入的钻孔灌注桩内（被钢格构柱插入的灌注桩可以是工程桩，也可以是专门为支撑力柱而做的力柱桩的钢筋笼里）。一般有：支撑的杆件的长细比不大于75，连系杆件的长细比不大于120，力柱的长细比应不大于25。
1.2.2支撑系统的计算
1）刚支撑强度的验算
选用的钢管。根据《深基坑工程》[1] 表 6―4得钢管的截面特征
表 1―1钢管截面特征
水平支撑一般为受压杆件。 所以根据《刚结构》有轴心受压杆件的整体稳定计算公式：
（6-1）
其中――轴心受压杆件的应力
――整体稳定系数，根据截面分类和杆件的长细比来确定
――轴心受压杆件的抗压强度设计值
―― 受压杆件的轴心压力设计值
―― 杆件的净截面积
计算过程如下：由于立柱的存在，则取钢管支撑的计算长度为，间距为，便于机械的开进和施工。则有长细比
（受压杆件的长细比不得大于75）
代入数值有
由《刚结构》[12]附表 4―2 得
通过线性内插法得当 时
根据钢管的截面特征有
每根支撑最大轴力（支撑水平间距为）
钢管支撑的应力为
（满足）
支撑的允许轴力为
2）围檩设计与计算
① 围檩是支护体系中重要的连接受力杆件，可增加护墙整体性刚度，使护墙接头受力薄弱的荷载经过围檩传递和分配到相邻护墙上。护墙上的荷载依靠围檩传递到支撑上。如果围檩刚度小，或者刚度不够，部分护墙变成无支撑悬臂构件。钢材为.
根据《深基坑优化设计》[11] 计算围檩应力时，首先要计算出作用在每道围檩上的荷载，即每道围檩承受主动土压力面积。应力计算时，是将各支撑点位置视作支点，而以连续梁计算。也可将各支撑间视为完全铰支梁的计算。按完全铰支梁的简之梁计算时，如下图所示。围檩的内力可按下式计算。
当有角撑时，围檩承受的最大弯矩和剪力为
（6-2）
（6-3）
② 计算过程
两道围檩应力为：
则根据上述公式得
图1-1 围檩应力和内力计算简图
选取最大弯矩和最大剪力来计算，从而选取钢的型号
由《钢结构》[12] 根据抗弯强度选择截面，需要的截面模量为
（6-4）
式中 ――截面塑性发展系数
――钢材的抗弯强度设计值，取
代入数值
根据《深基坑》[1] 表6―3得 选用
其截面特征为下表
5-2 H型钢截面特征
强度验算梁的截面常数
验算抗弯强度
（满足要求）
验算抗剪强度
（满足要求）
则有此种型号符合要求 ，即围檩为
3）力柱的设计与计算
① 一般情况下，在基坑开挖面以上采用格构式钢柱，以方便主体工程基础底板钢筋施工，同时也便于和支撑构件连接。开挖面以下可采用直径不小于的钻孔桩（也可用工程桩），或采用与开挖面以上力柱截面相同的钢管及H型钢。当为钻孔桩时，其上部钢力柱在桩内的埋入深度不应小于钢力柱长边的四倍，并与桩内钢筋笼焊接。另外，在这些钢力柱与钢筋混凝土底板的连接处要设止水带，止水带通常采用钢板，将其满焊在钢力柱的杆件四周。
为防止力柱沉降或坑底土回弹对支撑结构的不利影响，力柱的下端应支承在教好的土层上。在软土地区，力柱在开挖面以下的埋置深度不宜小于基坑的开挖深度的2倍。在本基坑中去插入深度为。钢力柱与力柱桩连接时其下端锚入钢筋混凝土钻孔灌注桩，锚入长度一般取1/3的柱高，并不小于。取。
② 力柱的验算过程
⒈ 力柱主要承受的轴心压力的计算]
由于力柱主要承受支撑传来的竖直荷载，是轴心压缩构件，所以以轴心受压杆件来计算。力柱主要承受的轴心压力为钢支撑的重量所产生的。根据水平支撑体系即钢支撑的布置，每根力柱所承受的力为四跟长度为的钢管的重量。
钢管的重量集度为。则钢管的自重为
则
⒉ 力柱的验算
格构式钢柱由角钢和缀板组成。本基坑中角钢采用为，钢材为，其插入钻孔灌注桩的深度为
表6-3角钢截面特征
① 刚度性验算
根据长细比（6-5）
其中 ――力柱的长度，为
――回转半径
代入数值得（满足要求）
② 整体稳定性验算
由 查《钢结构》[12] 附表4-2 得稳定系数
根据公式 （6-6）
――轴心受压杆件的应力
――整体稳定系数，根据截面分类和杆件的长细比来确定
――轴心受压杆件的抗压强度设计值
――受压杆件的轴心压力设计值
――杆件的截面积
则代入数值有：
（满足要求）
1.3支撑的施工
1.3.1钢支撑的安装工艺流程
1) 根据支撑布置平面图在基坑四周支护墙上定出围檩轴线位置；
2) 根据设计要求，在支撑墙内侧弹出围檩轴线标高基准钱；
3) 按围檩轴线及标高，在支护墙上设置围檩托架或吊杆；
4) 安装围檩；
5) 根据围檩标高在基坑立柱上焊支撑托架；
6) 安装短向（横向）或长向（纵向）水平支撑；
7) 对支撑施加压力；
8) 在纵横向支撑交叉处及支撑和立柱相交处，用夹具或电焊固定；
9) 在基坑周边与支护墙间的空隙处，用混凝土填充。
1.3.2施工要点
1) 支撑端头应设置厚度不小于的钢板作封头端板，端板与支撑杆件满焊，焊缝高度及长度应能承受全部的支撑力或支撑等强度，必要时，增设加劲肋板。
2) 为便于对钢支撑预加压力，端部可做成“活络头”，活络头应考虑液压千斤顶顶压后的施工。
深基坑中内支撑的稳定性决定着基坑整体防护的稳定，保障着基坑施工的安全性和稳定性，在施工基坑之前认真勘察基坑的水文地质条件，选取准确的计算参数，合理的运用公式对基坑施工起着指导性的作用。