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摘要：岩土工程中深基坑的开挖与支护结构涉及工程地质、工程结构、建筑材料、施工工艺和施工管理等多方面。支护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体，所以无论是结构设计还是施工组织都应当从整体功能出发，只有将各组成部分协调好，才能确保它的安全可靠、经济合理。
关键词：岩土工程、支护设计、深基坑
一、基坑支护结构设计：
要提高基坑工程的设计水平与工程质量，必须有一个好的设计计算理论作为依据，必须选择一个合理的支护结构形式。支护结构的形式各式各样，在不同的地质环境、不同的建筑材料、不同的施工条件等情况下，会采用不同的支护结构形式。就目前而言，国内对支护结构形式的分类并无统一标准。根据支护结构受力特点，考虑设计计算模型，常常将基坑支护结构分为四大类：悬臂式支护结构、混合式支护结构、重力式挡土墙结构、拱圈式支护结构。
⑴、悬臂式支护结构
悬臂式支护结构是利用基坑面以下的被动水土压力维持支护结构的平衡，它的计算简图类似于一根埋在土中的悬臂粱。在基坑开挖深度不太大的情况下可以满足要求，其主要的應用形式有以下几点：
①、柱列式混凝土灌注桩
利用并列的混凝土灌注桩组成的支护结构，一般采用人工挖孔或机械钻孔而成，由于施工简单，墙体刚度较大，造价比较低，在浅基坑工程中用的较多。郭文爱等人利用最小势能原理推导出桩顶最大位移的解析解，采用正交试验设计分析基坑深度、嵌固深度系数、桩间距、坡顶超载及弹性抗力系数“m”五个因素对桩顶最大水平位移的影响程度和各个参数的灵敏度。这种方法能很好的控制桩顶最大水平位移。
②、钢板桩支护墙
钢板桩支护墙采用一种特制的型钢(截面形状一般采用u形或z形)，利用打桩机打入地下构成一道连续的板墙。钢板桩支护具有很高的强度、刚度和锁口功能，水密性好，施工简便，能适应多种平面形状和土壤，可减少基坑开挖土方量，有利于施工机械化作业和排水，可以回收反复利用在等。
钢板桩可采用等值梁法及弹性抗力法设计计算，也有人将弹性抗力法进行修正应用于工程中，充分考虑了钢板的拉伸和弯曲刚度。施工中要加强钢板桩的内支撑、横向、纵向联接，并对各个焊点严格检查，以确保整体的稳定性和变形最小。钢板桩目前在软土、水中均有应用，并取得了很大的成功。
⑵、混合式支护结构
当基坑工程开挖深度较大或对变形要求较高时，在悬臂结构的基础上，可以通过增加支撑体系或锚拉体系形成混合支护结构，其主要运用形式有桩墙一内支撑、土钉墙等。
①、土钉墙
土钉墙是一种充分利用土体自支承能力的支护结构，其作用与被动的具备挡土作用的上述支护墙不同，它是起主动嵌固作用，增加边坡的稳定性，使基坑开挖后坡面保持稳定。而土钉问的变形则通过钢筋网喷射混凝土面层给予约束。在基坑开挖深度较深时，土钉墙的最危险圆弧滑动往往入土较深，整体稳定性很难满足安全要求，为此有人采用柱列式排桩与土钉墙联合使用，使排桩在土钉墙基坑支护中起到抗滑效应。利用作用力和反作用力的原理，可求出排桩对土钉墙所提供的抗滑力矩，由此可求出存在排桩时的土钉墙的整体稳定性。
②、桩墙一拉锚式支护
拉锚式支护结构是由桩、墙体系和锚固体系两部分组成。桩、墙一般采用排桩或地下连续墙，锚固体系采用锚杆式和地面拉锚式两种。地面拉锚式在坑周地面设置垂直锚杆或锚桩，用钢丝绳或钢筋直拉坑壁桩墙结构。其作用机理是利用支护结构的承载力和锚的支撑力来保持支护体系的稳定。
拉锚式支护结构常采用等值梁法计算内力，对于多层锚杆支护常将反弯点以上的上段梁作为多跨连续梁，求解时应按连续梁进行分析，采用结构力学的弯矩分配法进行求解。在考虑变形问题时一般采用弹性支点法。目前，工程界提出多种简易计算方法，如苏王升提出用力法作为锚杆排桩受力分析计算的一种方法。这种方法利用结构力学方法来求解排桩各支点的力，比弹性支点法简化了计算过程，有利于用计算机进行计算，更易于实际应用。
二、支护与降水设计方案：
贸易商品交易市场塔楼设计采用桩伐基础，基坑设计深度为-13.90m（其中电梯井深度为-17.40m），其面积约为2800m2，场区东部约30m处是一层民宅区，场区南部约35m处为干将路，场区西部约40m处是白莲花园，花园中有白莲河，河深1.8m。塔楼深基坑围护方案为：先采用放坡开挖至-5.90m，从-5.90至于-13.9m， 这8m深的地层采用钻孔灌注桩（ 桩径Φ800mm，桩长16.5m，桩中心间距950mm）及钢筋混凝土水平支撑的围护结构。
⑴、为确保基坑支护支撑结构的安全，设计采用射流泵式轻型井点法降低坑外水位，坑内用管井疏干静储水（图1）。坑外井管埋入深度10.5m， 井点距离1.50m，沿基坑四周在标高-5.90m处布设4套射流式喷射井点（图2），坑内布设4口管井，使用潜水泵抽吸静储水，在基坑施工电梯井阶段，在四周布设一套轻型井点降水设施，进一步降低地下水位，保证电梯井的施工。
该方案实施后，基坑顺利开挖至设计深度，过坡稳定，坑底干燥，保证了塔楼地下部分土建施工的顺利进行，达到了预期的降水效果。
⑵、降水方案的成功经验
1、对场区的水文地质条件有了彻底准确的认识和了解，采取了有效的降水方案。
2、根据场区周围无高层建筑的实际情况，采取大范围降低地下水位的方案，效果明显。
3、降水方案严格按设计要求进行施工，保证了工程的施工质量。
三、深基坑支护设计的进展：
⑴、支护结构的试验研究
正确的理论必须建立在大量试验研究的基础上。但是，在深基坑支护结构方面，我国至今还缺乏系统的科学试验研究。开展支护结构的试验研究(包括实验室模拟试验和工程现场试验)。虽然要耗费部分资金，但由于深基坑支护工程投资巨大。如经过科学试验再进行设计时，肯定会节省可观的经费。因此，工程现场试验是非常必要的。通过工程实践积累大量的测试数据，可对同类工程的成功打好基础，为理论研究和建立新的计算方法提供可靠的第一手资料。
⑵、新型支护结构的计算方法
高层建筑的飞速发展给深基坑支护结构带来一场技术革命。在钢板桩、钢筋混凝±板桩、钻孔灌注桩挡墙、地下连续墙等支护结构成功应用后，双排桩、士钉、组合拱帷幕、旋喷土锚、预应力钢筋混凝土多孔板等新的支护结构型式也相继闻世。但是，这些支护结构型式的计算模型如何建立、计算简图怎样选取、设计方法如何趋于科学，仍是当前新型支护结构设计中急需解决的问题。
目前，深基坑支护结构正在向着综合性方向发展，即受力结构与水力结构相结合、临时支护结构与永久支护结构相结合、基坑开挖方式与支护结构型式相结合。这几种结合必然使支护结构受力变得更加复杂。所以，建立新型支护结构的计算模型和方法，已成为深基坑工程设计技术的当务之急。
结束语：经过近一个世纪的发展，现代土力学理论取得了丰硕的成果，现有的基坑模拟使用的非线性计算模型，在运用土压力计算用理论计算以后，不但满足基坑稳定的要求，还满足变形控制的要求及其土压力位移关系。从而将现代土力学理论在深基坑支护设计工作推向新的台阶。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：岩土工程、支护设计、深基坑
一、基坑支护结构设计：
要提高基坑工程的设计水平与工程质量，必须有一个好的设计计算理论作为依据，必须选择一个合理的支护结构形式。支护结构的形式各式各样，在不同的地质环境、不同的建筑材料、不同的施工条件等情况下，会采用不同的支护结构形式。就目前而言，国内对支护结构形式的分类并无统一标准。根据支护结构受力特点，考虑设计计算模型，常常将基坑支护结构分为四大类：悬臂式支护结构、混合式支护结构、重力式挡土墙结构、拱圈式支护结构。
⑴、悬臂式支护结构
悬臂式支护结构是利用基坑面以下的被动水土压力维持支护结构的平衡，它的计算简图类似于一根埋在土中的悬臂粱。在基坑开挖深度不太大的情况下可以满足要求，其主要的應用形式有以下几点：
①、柱列式混凝土灌注桩
利用并列的混凝土灌注桩组成的支护结构，一般采用人工挖孔或机械钻孔而成，由于施工简单，墙体刚度较大，造价比较低，在浅基坑工程中用的较多。郭文爱等人利用最小势能原理推导出桩顶最大位移的解析解，采用正交试验设计分析基坑深度、嵌固深度系数、桩间距、坡顶超载及弹性抗力系数“m”五个因素对桩顶最大水平位移的影响程度和各个参数的灵敏度。这种方法能很好的控制桩顶最大水平位移。
②、钢板桩支护墙
钢板桩支护墙采用一种特制的型钢(截面形状一般采用u形或z形)，利用打桩机打入地下构成一道连续的板墙。钢板桩支护具有很高的强度、刚度和锁口功能，水密性好，施工简便，能适应多种平面形状和土壤，可减少基坑开挖土方量，有利于施工机械化作业和排水，可以回收反复利用在等。
钢板桩可采用等值梁法及弹性抗力法设计计算，也有人将弹性抗力法进行修正应用于工程中，充分考虑了钢板的拉伸和弯曲刚度。施工中要加强钢板桩的内支撑、横向、纵向联接，并对各个焊点严格检查，以确保整体的稳定性和变形最小。钢板桩目前在软土、水中均有应用，并取得了很大的成功。
⑵、混合式支护结构
当基坑工程开挖深度较大或对变形要求较高时，在悬臂结构的基础上，可以通过增加支撑体系或锚拉体系形成混合支护结构，其主要运用形式有桩墙一内支撑、土钉墙等。
①、土钉墙
土钉墙是一种充分利用土体自支承能力的支护结构，其作用与被动的具备挡土作用的上述支护墙不同，它是起主动嵌固作用，增加边坡的稳定性，使基坑开挖后坡面保持稳定。而土钉问的变形则通过钢筋网喷射混凝土面层给予约束。在基坑开挖深度较深时，土钉墙的最危险圆弧滑动往往入土较深，整体稳定性很难满足安全要求，为此有人采用柱列式排桩与土钉墙联合使用，使排桩在土钉墙基坑支护中起到抗滑效应。利用作用力和反作用力的原理，可求出排桩对土钉墙所提供的抗滑力矩，由此可求出存在排桩时的土钉墙的整体稳定性。
②、桩墙一拉锚式支护
拉锚式支护结构是由桩、墙体系和锚固体系两部分组成。桩、墙一般采用排桩或地下连续墙，锚固体系采用锚杆式和地面拉锚式两种。地面拉锚式在坑周地面设置垂直锚杆或锚桩，用钢丝绳或钢筋直拉坑壁桩墙结构。其作用机理是利用支护结构的承载力和锚的支撑力来保持支护体系的稳定。
拉锚式支护结构常采用等值梁法计算内力，对于多层锚杆支护常将反弯点以上的上段梁作为多跨连续梁，求解时应按连续梁进行分析，采用结构力学的弯矩分配法进行求解。在考虑变形问题时一般采用弹性支点法。目前，工程界提出多种简易计算方法，如苏王升提出用力法作为锚杆排桩受力分析计算的一种方法。这种方法利用结构力学方法来求解排桩各支点的力，比弹性支点法简化了计算过程，有利于用计算机进行计算，更易于实际应用。
二、支护与降水设计方案：
贸易商品交易市场塔楼设计采用桩伐基础，基坑设计深度为-13.90m（其中电梯井深度为-17.40m），其面积约为2800m2，场区东部约30m处是一层民宅区，场区南部约35m处为干将路，场区西部约40m处是白莲花园，花园中有白莲河，河深1.8m。塔楼深基坑围护方案为：先采用放坡开挖至-5.90m，从-5.90至于-13.9m， 这8m深的地层采用钻孔灌注桩（ 桩径Φ800mm，桩长16.5m，桩中心间距950mm）及钢筋混凝土水平支撑的围护结构。
⑴、为确保基坑支护支撑结构的安全，设计采用射流泵式轻型井点法降低坑外水位，坑内用管井疏干静储水（图1）。坑外井管埋入深度10.5m， 井点距离1.50m，沿基坑四周在标高-5.90m处布设4套射流式喷射井点（图2），坑内布设4口管井，使用潜水泵抽吸静储水，在基坑施工电梯井阶段，在四周布设一套轻型井点降水设施，进一步降低地下水位，保证电梯井的施工。
该方案实施后，基坑顺利开挖至设计深度，过坡稳定，坑底干燥，保证了塔楼地下部分土建施工的顺利进行，达到了预期的降水效果。
⑵、降水方案的成功经验
1、对场区的水文地质条件有了彻底准确的认识和了解，采取了有效的降水方案。
2、根据场区周围无高层建筑的实际情况，采取大范围降低地下水位的方案，效果明显。
3、降水方案严格按设计要求进行施工，保证了工程的施工质量。
三、深基坑支护设计的进展：
⑴、支护结构的试验研究
正确的理论必须建立在大量试验研究的基础上。但是，在深基坑支护结构方面，我国至今还缺乏系统的科学试验研究。开展支护结构的试验研究(包括实验室模拟试验和工程现场试验)。虽然要耗费部分资金，但由于深基坑支护工程投资巨大。如经过科学试验再进行设计时，肯定会节省可观的经费。因此，工程现场试验是非常必要的。通过工程实践积累大量的测试数据，可对同类工程的成功打好基础，为理论研究和建立新的计算方法提供可靠的第一手资料。
⑵、新型支护结构的计算方法
高层建筑的飞速发展给深基坑支护结构带来一场技术革命。在钢板桩、钢筋混凝±板桩、钻孔灌注桩挡墙、地下连续墙等支护结构成功应用后，双排桩、士钉、组合拱帷幕、旋喷土锚、预应力钢筋混凝土多孔板等新的支护结构型式也相继闻世。但是，这些支护结构型式的计算模型如何建立、计算简图怎样选取、设计方法如何趋于科学，仍是当前新型支护结构设计中急需解决的问题。
目前，深基坑支护结构正在向着综合性方向发展，即受力结构与水力结构相结合、临时支护结构与永久支护结构相结合、基坑开挖方式与支护结构型式相结合。这几种结合必然使支护结构受力变得更加复杂。所以，建立新型支护结构的计算模型和方法，已成为深基坑工程设计技术的当务之急。
结束语：经过近一个世纪的发展，现代土力学理论取得了丰硕的成果，现有的基坑模拟使用的非线性计算模型，在运用土压力计算用理论计算以后，不但满足基坑稳定的要求，还满足变形控制的要求及其土压力位移关系。从而将现代土力学理论在深基坑支护设计工作推向新的台阶。
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