关于深基坑支护结构的设计及施工的探讨[摘要] 随着城市建设的飞跃发展，对建筑工程基础要求也越来越深，而基坑支护成为深基础工程中的关键部分，由于城市的建筑密集，基坑周围复杂的地下设施和地质条件，使基坑支护成为非常重要的关键技术。
结构设计还是施工组织都应从整体功能出发,将各部分协调好,才能达到安全可靠。
设计安全、科学的基坑支护方案，对加快工程进度，节省建设资金，保证基础工程顺利进行具有重要的意义。
[关键词] 深基坑工程结构设计
一、深基坑支护结构的主要型式与运用
按照结构构件的几何型式和受力特点，可归纳为以下几种主要型式：
1、悬臂式支护结构
主要有重力挡墙，钢筋混凝土灌注桩、预制桩、地下连续墙等。
悬臂式支护结构控制变形能力较差，适用于基坑开挖深度较浅（一般不超过8米），对变形和限制位移要求不高的工程。
2、锚拉式支护结构
有锚拉桩或锚拉连续墙，锚杆与挡土结构连结，锚入地下利用地层锚固力，平衡挡土结构所受的土压力，适用于开挖深基坑和地面荷载大及对变形有严格要求的工程。
3、内支撑式
由外围挡土桩与钢筋混凝土平面支撑桁架或环形支撑等组合。
设计人员应根据现场条件选择科学、合理的支护结构。
二、支护结构的设计
1、悬臂式支护结构
（1）根据土质情况和基坑开挖深度确定桩型和桩长
（2）土压力计算
主动土压力：
①
被动土压力：
②
（1）支护结构稳定验算
a) 倾覆验算：≥1.5③
b) 滑移验算：≥1.3 ④
整体稳定按圆弧滑动法计算，若有软弱下卧层时，应按实际滑动面计算。
整体稳定安全系数k
≥1.3⑤
式中li-第i条土条顺滑弧面的弧长（m）；qi-第i条土条地面荷载（kn/㎡）;bi-第 i条土条款度（m）；c i-第 i条土条沿滑面的内聚力；wi -第 i 条土条重量（kn/m3; ai-第 i 条土条滑弧中点的切线和水平线夹角（度）。
d）管涌：≥1.5⑥
式中 k-抗管涌安全系数；r′.rw—分别为土的浮重度和水的重
度；h′—水头差；d—桩入土深度。
2、锚拉支护结构
当单道锚拉时，可按简支梁计算，多道水平锚拉时，计算方法多种，有等值梁法，等反力法等。
(1) 单排锚杆设计
a) 安全系数：i) 挡土墙结构和稳定性验算：抗倾覆安全系数kt和抗滑移安全系数ks计算简（3）（4）式
ii)锚拉杆稳定性验算：按照深部破裂面稳定性计算，以单排锚杆为例：
抗滑移安全系数ks=thmax/tn≥1.3
式中：thmax—锚杆承受的最大拉应力；tn—锚杆设计轴向拉力。
b) 土压力计算：算式见（1）（2）式
c) 水压力计算：水压力计算采用净水压力安全水头h，水重度rw＝10kn/m3；把水当作：主动压力＝静止压力＝被动压力＝rw.h;当水、水压力分算时，土压力按浮重度：r′＝r－rw计算。
d) 地面荷载：i)地面均布荷载 qn(kpa);ea＝ka.q;
ii) 地面集中荷载：多简化为均布荷载
e) 锚拉桩式支挡结构计算
现以桩顶设锚杆（单道锚拉）例（图 1）a点为铰接，b点设为弹性嵌固（亦为铰接），a、b两点均不发生位。
按简支结构计算：
则b点反力rb＝∑ma/h+x a点反力ra＝∑mb/㈥⑿
桩的入土深度桩长=h+x+1.2t
（2）多层锚拉系统的计算
多层锚杆的计算与单层锚杆的计算原则相同，可简化为连续梁或简支梁进行计算。
三、施工方案设计
施工流程：
（1）钻孔灌注桩：用跳打内插施工法，钻机定位成孔—清孔—下钢筋笼、导管——浇捣混泥土—成桩移位
（2）深层搅抖桩：用双轴搅拌机逐排逐段咬合15cm 施工，上下反复搅拌三次。
（3）钻孔灌注桩施工：施工过程中一定要注意泥浆稠度，并注意钻进速度。
（4）深层搅拌桩施工：要求搅拌桩起挡水作用时，要尽量连续作业，确保形成地下封闭连续墙。
四、工程实例
本工程结构16 层，地下室一层，基坑开挖深度5.3－6.5 米，基坑开挖面积3800㎡，围护周长430m，距本工程仅6.5m，是重要建筑物，南面是一级公路，基坑支护采用φ1000，间距1200，桩长18m的钻孔灌注桩挡土。
南面采用φ700，桩长15m，埋深约8m，卸荷1m 土方，根据各层物理力学指标数据计算出应力分布。
1、钻孔灌注桩挡土墙设计
（1）选取悬臂式挡土力学模型
（2）由式①②代入各土层物理力学数据计算出其应力分布
（3）抗倾覆验算
kt=mp/ma
可计算出ma=2649.6kn.mmp=4646.3 kn.m
kt =1.754＞1.5 符合要求
（4）配筋计算：
根据《混凝土土结构设计规范》圆形截面构件沿周边均匀配置不可少于6根，其受弯能力可按下式计算。
至2a（a＞0.625时，取
2、本基坑按二级安全等级设计，基坑采用ф1000围护钻孔灌注桩加一层预应力锚杆支护方式，桩后设置双排ф550搅拌桩纵横搭接150mm的止水措施。
砼强度等级为 c25，桩间距 1100 ㎜，局部1200㎜；桩长 12.0m－14.5m，桩端入强风化岩层深度≮3.0m；桩后双排ф550止水搅拌桩约900条。
桩间距400㎜，搭接宽度≮150㎜；桩长约18m，桩端穿过砂层，入粉质粘土层0.5m 预应力锚索采用 7ф5 的钢绞线，锚杆在 3-3 断面分别按
30º、35º间隔 2400mm，“一桩一锚”形式设置，其余断面按 35º间隔 2200mm,“两桩一锚”形式设置。
锚孔直径150mm，锚索实行总长不小于设计长度和入岩不小于 10m的双控指标。
3、钻孔灌注桩施工
（1）施工流程
本工程所有围护桩均采用ф1000 钻孔桩，其工艺流程如图1。
（2）测量放线定桩位
测量工程师(员)根据建设单位提供的测量控制点及施工设计图纸的有关数据进行测量放线，建立平面坐标系统，定出桩位，定位后要在每个桩位中心作桩位标记，并用砼固定好。
（3）埋设护筒
a) 护筒用 5～10mm厚的钢板加工制成，高度为 1.2～1.5m。
钻孔桩的护筒内径应比钻头直径大 100mm，护筒顶部应开设溢浆口，并高出地面0.15～0.30m。
b) 护筒有定位、保护孔口和维持水位高差等重要作用。
可采用打埋或挖埋等方法，挖埋时护筒与坑壁之间应用粘土填实，并随填随观察，防止填土时护筒位置偏移。
护筒埋好后应复核校正，护筒中心与桩位中心应重合，偏差不大于 50mm。
4、钻机定位、钻孔、成孔
（1）在淤泥和淤泥质土中，应根据泥浆的补给情况，严格控制钻进速度，一般不宜大于 1m/min；在松散砂层中，钻进速度不宜超过3m/h；
（2）在硬土层中或在岩层中的钻进速度以钻机不发生跳动为准。
（3）作护壁和排碴用的泥浆，其制作及其性能要求符合下列规定：
（4）在砂土和较厚的夹砂层中成孔时，应制备泥浆或在孔中投
入泥团造浆，泥浆比重控制在 1.2～1.3；
5、清孔、终孔
对以原土造浆的钻孔，钻到设计深度后，可使钻头空转不进尺，循环换浆，泥浆比重控制在 1.1 左右。
终孔后采用正循环工艺进行一次清孔。
桩垂直度允许偏差≯1%，桩径允许偏差：≤-50mm。
6、钢筋笼制作和安放
钢筋笼制作符合下列规定：
（1）钢筋净距必须大于混凝土骨料粒径 3倍以上；
（2）加筋箍制作在主筋外面，主筋一般不设弯钩，钢筋头也不得向内圆弯曲，以免妨碍导管工作；
（3）主筋的搭接互相错开，35倍钢筋直径区段范围内的接头数量不得超过钢筋总数的一半。
7、灌注水下砼
采用预拌商品砼，用砼搅拌运输车运至现场，利用导管进行水下灌注，砼坍落度控制在 18～22cm。
开灌前储料斗内必须有足以将导管的底端一次性埋入水下砼中0.8m以上深度的砼储量；
随着混凝土的上升，要适时提升和拆卸导管，导管底端埋入砼面以下一般宜保持 2～4m，不宜大于 6m，并不得小于 1m，严禁把导管端提出砼面，避免造成断桩。
导管的提升，设专人每 30分钟测量一次导管埋深及管外砼面的
高度，每 2 小时测量一次导管内砼面高度。
应连续浇注砼，不得横移导管，导管提升时避免碰挂钢筋笼。
控制最后一次砼的灌注量，不使砼顶面过高或过低。
按设计要求控制在设计桩顶标高以上约 0.5m。
五、结束语
综上所述，近年来，城市高层建筑越来越多。
大多数高程建筑的基础埋置深度较大，以满足抗震设计的要求，同时利用地下空间，建造地下车库、商场、仓库和人防设施等。
从而，建筑深基坑的开挖和支护变成了一个突出的问题。
本文笔者对深基坑支护结构的设计及施工进行了探讨。