试论深基坑支护体系优化设计及应用
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摘要：深基坑工程的设计是一项系统的、复杂的、涉及多门学科的综合工程，它的开挖支护是土木工程领域最为复杂的技术领域之一。论文首先介绍了深基坑支护体系优化设计的相关概述，分析了本基坑工程的特点和技术难点，并进行支护方案的计算和分析，为本基坑工程选择了合适的支护体系方案。
关键词：深基坑支护设计应用
深基坑支护工程系指开挖深度超过5米或设有地下建(构)筑物的基坑勘察、设计、基坑支护、地下水处理、基坑监测等。而且现在的深基坑也出现了如下特点：开挖越来越深，地质条件越来越复杂，周边环境越来越复杂，围护基坑方法多，事故多，安全隐患比较大等。如何在保证安全稳定的前提下，设计最经济的方案，如何吸取失败的教训、总结成功的经验，指导今后的设计与施工，都是值得工程人员深入研究的问题。
1常用深坑支护技术方法对比
1）钢板桩支户。钢板桩支护过程主要由钳口和锁口的热扎型钢制成，通过对钢板桩之间进行连接操作产生钢板墙。按照这样的应用可以很好的挡水和挡土，当前情况下钢板桩采取的截面形式主要由Z形、U形、直腹板形构成，钢板桩主要因为工艺比较简单因此得到广泛的应用。
2）深层搅拌水泥桩支护。深层搅拌水泥桩主要是采取水泥作为固化剂，通过机械搅拌的方式，把软土剂和固化剂进行搅拌，同时促使固化剂和软土剂之间产生良好的物理反应和化学反应。最终形成一堵水泥墙，具有水稳定性、整体性、一定强度性特点。其可以很好的作为支护结构。
3）排桩支护。排桩支护主要是柱列式间隔布置钢筋混泥土挖孔，钻孔灌注桩作为挡土结构的重要形式。桩列式间隔主要在桩和桩之间进行布置，保证桩和桩之间形成一定的联系，各桩之间的联系主要依靠桩截面，通过钢筋混凝土胶管，形成一个完成的结构。
地下连续墙：地下连续墙具有整体刚性大的显著特点，同时具有很好的防水和防渗效果。针对一些地下水位的沙土和软沾土条件的复杂施工环境比较有效。同时深坑施工过程中需要把墙插入很深的地层，因此国内外地下施工中得到广泛的应用。
土钉墙支护：土钉墙支护在边坡稳定和土体开挖过程中发挥关键性作用，其最为一种有效的挡土技术，具有可靠、经济、施工快速等显著特点。当前此技术已经在我国得到广泛的应用。钉主要拥有加固现场原位土体，依靠土与土之间的粘合力和摩擦力进行控制，如果土地发生变形的情况下可以进行有效的控制。
土层锚杆支护：土层锚杆也可以看成是土锚杆，主要是在深开挖和地面开挖的地下室形成基层力臂土层，满足一定的设计深度之后再进行坑的端部处理，从而形成柱状后者其他形状。具体实施过程中可以在孔内方式钢筋，灌入水泥，保证其能够和土泥形成一定的拉力，可以有效的控制建筑物的变形，同时又可以节省钢材。
锚喷网支护：锚喷网支护是深坑支护过程中采取方式比较多的一种，它可以通过喷射锚杆、混泥土、钢筋网等模式进行联合保护，可以看成是当前比较先进的防护方法。在大跨度加固工程和岩土质高边坡工程，特别是地质环境比较恶化的情况下应用广泛，从国内外的应用情况看，产生了良好的效果。喷锚网保护可以弥补岩土体强度不足的问题，保证岩土体自身结构强度的潜力得到充分发挥，保证整个坡面形成一个完整的整体。
2基坑支护方案选择的原则、依据和方法
2.1支护方案选择的原则和依据
根据中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规范》 (JGJ120-99)的规定，基坑支护结构设计应采用以分项系数表示的极限状态设计方法进行设计。基坑支护结构的极限状态，分为以下两类:
一是承载能力极限状态。这种极限状态，对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏。这种状态表现为任何原因引起的基坑侧壁破坏。一般情况下，支护结构上的作用效应和结构抗力，应符合下式要求：
R―S≥0
式中S-结构的作用效应；R-结构的抗力。
按照《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)1501，支护结构的荷载效应包括下列各项:
(1)土压力;(2)水压力，包括:静水压力、渗流水压力及承压水压力;(3)基坑开挖影响范围以内建(构)筑物荷载、地面超载、施工荷载及邻近场地施工的作用影响;(4)温度变化(包括冻胀)所产生的影响;(5)临水支护结构尚应考虑波浪作用和水流退落时的渗透力;(6)作为永久结构使用时尚应按有关规范考虑相关荷载作用。
二是正常使用极限状态。这种极限状态，对应于支护结构的变形己妨碍地下结构施工，或影响基坑周边环境的正常使用功能。这种状态主要表现为支护结构的变形影响地下室边墙施工及基坑周边环境的正常使用，支护结构的变形和裂缝应符合下式要求：
Sd≤C
式中:Sd―变形、裂缝等荷载效应的设计值; C一设计对变形、裂缝等规定的相应限值。
在基坑支护结构设计计算时均应采用承载能力极限状态，对于基坑安全等级为一级且对变形有严格要求的二级建筑基坑，还应对基坑场地周边环境及支护结构的变形大小进行验算。基坑支护结构设计，首先应考虑支护结构的横向变形及地下水位的变化对周边环境的横向与竖向变形的影响。对于安全等级为一级以及对周边环境变形有限制要求的二级建筑基坑，应根据周边环境的重要性程度，对变形适应能力及土的特性等因素，确定支护结构的横向变形限值。当地下水位较高时，应根据基坑及场地周边区域的工程水文地质条件、场地周边环境情况以及支护结构形式等因素，确定地下水的控制方法。当基坑周围有地表水汇流、排泄或地下水管渗漏时，应采取妥善措施保护基坑支护结构。对于安全等级为一级及对支护结构变形有限制要求的二级建筑基坑，应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。
3 深基坑支护体系设计实例
3.1工程概况
台山市华侨中学拟建七层的学生生活中心，占地面积31mx33m。首层为架空的活动场地，层高4m，其他层为宿舍。层高3.6m。建筑物南面为校道，其东向、北向邻近山坡，因此首层活动场的东向及北向外墙须设为挡土墙，层高4m。且距离建筑物挡土墙外6m处，上部边坡有已建的约6m高的毛石挡土墙。
本工程基坑具有以下特点：（1）基坑须垂直开挖，基坑深度4m;(2)基坑开挖后到二层楼面完工后回填的施工期间，要求保障6m外边坡的稳定安全。（3）基坑支护范围主要分布杂填土、粘土。
经过对基坑开挖与支护方案分析：a.基坑采用排桩支护，在距离已建的毛石挡土墙4m处静压预应力管桩PHC400-AB,桩心距1m。桩尖持力层为粘性土。按《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-99悬臂式支护结构计算嵌固深度设计值hd：
hp∑Epj-1.2γoha∑Eai≥0
且悬臂式及单点支护结构嵌固深度设计值小于0.3h时，宜hd=0.3h。嵌固深度取为1.4m。由基坑开挖前地坪面算起h+hd，有效桩长取6m。桩芯用C30微膨胀混凝土填充密实。
b.管桩顶设一冠梁，连接各管桩，冠梁宽600mm，高400mm。混凝土强度等级C25,按构造配筋。桩间土的表面设置了双向φ6@200钢丝网，平铺于桩后，用土钉固定，面层用1：3水泥砂浆喷锚。
c.冠梁顶及开挖后的基坑边均设截水沟。
e.施工阶段，原已建的边坡毛石挡土墙设位置及沉降观察点。
4结语
总之，目前很多实际工程中遇到的问题并没有严格的理论知识的指导，在计算理论方面还比较落后，对于经验的依赖性还很大。基坑支护结构的设计不仅仅要达到安全、稳定的设计效果，在安全可行的方案中选择最优的方案，或对选定的支护方案进行细部优化也是非常重要的一个研究方向。
参考文献：
[1]徐宜和. 基坑工程技术现状分析[J]. 四川建筑科学研究, 2005,(06) .
[2]杨光华.深基坑支护结构的实用计算方法及其应用[M].地质出版社，2005
[3]陈长明.强涌潮地区拉森Ⅵ型钢板桩围堰施工计算[J]. 桥梁建设, Bridge Construction, 2009年 05 期
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