深基坑支護設(shè)計中若干問題的思考

深基坑工程支護設(shè)計中

若干問題的思考

隨著城鄉(xiāng)建設(shè)工程高速、跨越式發(fā)展，基坑工程無論其數(shù)量、地域、規(guī)模、深度、也在迅速的擴大，基坑工程設(shè)計及施工技術(shù)也在隨之迅速的發(fā)展。我省基坑工程技術(shù)規(guī)程DB42/T159-2012修訂版已頒發(fā)實施。借這次“貫標(biāo)”會議的平臺，向大家講一講本人對深基坑設(shè)計中若干問題的思考，供大家參考，如有謬誤請予指正2024/3/31關(guān)于基坑的設(shè)計計算深度

當(dāng)坑中坑與基坑周邊的間距大于2m而相對高差較大時建議按如下模式處理:45°+φ/2HHh1h2h1h1h2h2h1h2坑底土層為軟可塑性粘性土?xí)r坑底土層較好時

2024/3/32盡可能減淺開挖深度

當(dāng)建設(shè)場地土層條件較差，開挖深度稍有增加時對支護設(shè)計影響敏感的情況下，建議建設(shè)單位，基坑支護設(shè)計單位及主體設(shè)計單位進行溝通協(xié)商，采取盡可能減少開挖深度的措施。

1、當(dāng)?shù)夭涣贾苓叺幕A(chǔ)梁底深度大于底板底時，可采取將基礎(chǔ)梁上翻至墻內(nèi)，則計算深度可取底板底。

2、當(dāng)臨邊的電梯井埋深較大時，可建議適當(dāng)提高電梯井前室的地面標(biāo)高，出前室處設(shè)坡道或臺階。上述措施既可適當(dāng)減少電梯井處的開挖深度，若需降水控制時刻適當(dāng)減少承壓水的降深，一舉兩得。

3、當(dāng)坑邊的坑底土層尚未達到主體設(shè)計基礎(chǔ)持力層要求，需要超挖換填且深度較大時，建議局部采取復(fù)合地基或墩基處理，避免過度的增加支護計算深度。

4、當(dāng)坑底土層較好，周邊基礎(chǔ)（承臺）可跳挖跳澆時，可考慮計算深度至底板底或臨邊基礎(chǔ)梁底。

5、當(dāng)規(guī)劃允許時適當(dāng)提高±0.000標(biāo)高，則相應(yīng)減少基坑計算深度。2024/3/33正確閱讀和研究地勘報告（一）

基坑支護是沿地下室周邊布置，是長線設(shè)防。而地層條件沿此長線可能變化多端，因此研讀地勘報告是支護設(shè)計的必須功課，研讀時建議注意以下方面問題：

1、注意在垂直坑邊方向的土層變化為基坑設(shè)計的勘察孔，往往布設(shè)于擬建地下室周邊外側(cè)一定距離（一般5m左右），因此在研讀報告時，尚應(yīng)結(jié)合主體結(jié)構(gòu)的勘察資料，注意在垂直坑邊方向的土層變化，若為順坡時則應(yīng)考慮土層界面滑移時對支護的不利影響，并采取必要的加強措施。

2、注意土質(zhì)的橫向變化地勘報告所提供的土層參數(shù)為統(tǒng)計值，而為某一個勘察孔的資料則是該孔所在區(qū)的代表值，若該代表值低于統(tǒng)計值時，則該區(qū)（處）是基坑沿線設(shè)防中的薄弱環(huán)節(jié)，往往也是安全隱患所在之處。當(dāng)基坑支護局部出現(xiàn)險情時，再復(fù)查地勘資料時，往往是該險情部位的地層參數(shù)低于統(tǒng)計值。因此設(shè)計時應(yīng)對土層條件的薄弱處采取防患于未然的安全措施。2024/3/34正確閱讀和研究地勘報告（二）

當(dāng)基坑需要采取地下水控制設(shè)計時，應(yīng)注意研讀地勘報告：

1、注意基坑范圍內(nèi)含水層埋深的變化地下水降水設(shè)計是基坑全面積設(shè)防，應(yīng)查閱基坑范圍內(nèi)承壓水層的頂板埋深的變化，并根據(jù)其埋深標(biāo)高及相應(yīng)部位的開挖深度進行抗突涌驗算和確定降水深度，降水井根據(jù)含水層標(biāo)高及基礎(chǔ)埋深采取針對性布井，而不宜均勻布井。

2、注意交互層的處理當(dāng)基坑側(cè)壁和坑底存在互層土?xí)r，用深井降水對互層土的層間水排降不僅滯后而且難以奏效，當(dāng)基坑開挖深度較大，互層土又較厚時，為防止層間水產(chǎn)生攪滲及滲透性破壞。建議分布情況，加強和加深側(cè)壁止水帷幕，最好能隔封互層土層，降水井則主要用于減少地下水豎向補給和防止突涌。對坑底互層土可采取較大口徑的濾水淺井明排，結(jié)合盲溝，盲渠明排處理。2024/3/35關(guān)于軟土中的基坑支護設(shè)計問題(1)

當(dāng)環(huán)境及場地條件允許和開挖深度不大的情況下，采用放緩坡卸載是軟土中基坑支護的有效方法，放坡宜采用分階形式，上下坡向設(shè)置一定寬度的平臺，在上坡前緣設(shè)置2~3排密集木樁等韌性較好的豎向構(gòu)件，進行構(gòu)造加固，其下端宜進入相對較好的土層，確保上坡穩(wěn)定，下坡前緣設(shè)置高度不大于2m的水泥土擋墻，并進行上下坡聯(lián)合的整體穩(wěn)定性驗算和下坡?lián)鯄Φ脑O(shè)計。具體構(gòu)造如下圖：2024/3/36關(guān)于軟土中的基坑支護設(shè)計問題(2)

若坑底以下軟土層厚度較大，水泥土擋墻計算中的墻底土體承載力不足時，一般處理是將墻體加深至相對較好土，以滿足承載力要求，此時則因擋墻體量大造價高。建議在擋墻計算中如抗滑移、抗傾覆、墻身抗壓抗拉及擋墻底整體穩(wěn)定性已滿足規(guī)程規(guī)定，而僅僅是墻底承載力不足的情況下，可將部分?jǐn)嚢铇都由钪料鄬^好土層，形成墻底以下的復(fù)合地基，以滿足承載力要求，如下圖示：

2024/3/37關(guān)于軟土中的基坑支護設(shè)計問題(3)

bh

排樁+擋墻及被動區(qū)加固，如右圖示：

1、當(dāng)條件允許時，將支護樁邊被動區(qū)加固上翻，b=2h，此情況下，上翻加固體在滿足水泥土剛性角1:2的前提下，可減短支護樁的懸臂高度，樁徑可適當(dāng)減小。

2、排樁可插入較大深度解決深層滑移整體穩(wěn)定性問題。

3、被動區(qū)加固可改善坑底土體，有利于控制位移。2024/3/38關(guān)于軟土中的基坑支護設(shè)計問題(4)

關(guān)于水泥土攪拌樁增強加固

基坑側(cè)壁和坑底為淤泥，淤泥質(zhì)土或承載力底的飽和軟弱土層，采用放坡坡肩設(shè)置水泥土攪拌樁增強抗滑體，或采用水泥土攪拌復(fù)合土釘支護方式，往往因安全性不足導(dǎo)致支護失效的事故時有發(fā)生。其原因在軟土中攪拌樁水泥土強度較低。

由于攪拌樁或樁工藝原因，抗滑體水泥土成千層餅結(jié)構(gòu)，抗拉及抗剪強度變低，當(dāng)受側(cè)向土壓力時抗彎先于抗剪破壞，其二土釘在軟土中的錨固抗力不可靠，故選用此類支護設(shè)計時應(yīng)慎重，當(dāng)必須使用時，僅可作為不參與計算的增強措施，彌補抗滑計算中的稍有不足。2024/3/39排樁長短結(jié)合1、單排樁一長一短間隔布置，計算時全部排樁按短樁計算，基本位移、抗彎承載力、抗傾覆滿足設(shè)計要求，長樁計算則應(yīng)滿足深層滑移穩(wěn)定性要求，長樁的凈間距不宜大于“樁徑+400mm”，凈間距過大對軟土的隔柵作用降低，不利于抗深層滑移穩(wěn)定要求。2、雙排樁可按前后1長1短布置，先對雙排樁的協(xié)同性進行基本計算，而后宜將后排樁加長滿足深層抗滑移穩(wěn)定要求。長樁的凈向間距以不宜過大。2024/3/310關(guān)于內(nèi)支撐設(shè)計布置的有關(guān)問題(1)

修編規(guī)程中提供了內(nèi)支撐布置的若干模式，但由于基坑的平面形狀、規(guī)模、深度、周邊環(huán)境、土層條件等實際情況復(fù)雜多變，因此支撐布置應(yīng)進行多方案計算比較，進一步優(yōu)化和深化。其過程建議注意如下問題：（一）支撐平面布置除規(guī)程提供的原則和要求外，尚應(yīng)考慮土方開挖和出土方便，對超高層建筑應(yīng)考慮主體結(jié)構(gòu)中重型鋼構(gòu)件的吊裝和安裝空間。（二）對于復(fù)雜的支撐體系，應(yīng)考慮地層荷載和土方開挖的不對稱和不均勻性，支撐可能作為施工棧橋以及拆撐先后實施的可行性，均應(yīng)對不利工況進行不利組合和磨合計算，避免存在薄弱環(huán)節(jié)和安全隱患。

1、支撐平面布置應(yīng)有明確的傳力路線，角撐、對頂撐的主要受力桿件應(yīng)直線拉通，不應(yīng)過多和過大的彎折、計算中不應(yīng)出現(xiàn)拉力過大的桿件。

2、圓環(huán)支撐主要傳力桿件宜指向圓心，邊角應(yīng)設(shè)置隱性角撐，薄弱邊桁架宜設(shè)置現(xiàn)澆板帶，以利于控制圓環(huán)受力不對稱或拆撐時產(chǎn)生失控性漂移變形。

3、角撐、對頂撐與相鄰的懸臂樁（含雙排樁）連接時，應(yīng)考慮不同的變形型態(tài)的不利影響，予以加強并處理好銜接過渡。2024/3/311關(guān)于內(nèi)支撐設(shè)計布置的有關(guān)問題(2)

4、對相對窄長的基坑（如地鐵站或大型溝槽基坑）采用多層單肢鋼管支撐，且隨坑內(nèi)土方呈縱向臺階式開挖，以使支撐隨挖隨支的工況條件者，其第一道支撐應(yīng)采用鋼筋混凝土支撐并施工到位后方可開挖土方。對于下部的鋼管支撐，除了應(yīng)規(guī)定支撐到位的時限要求外，尚應(yīng)每隔20m左右將相鄰的二榀單肢支撐組合成幾何不變的平面桁架，桁架與其他單支撐間設(shè)置水平連系桿，以增加支撐平面剛度和穩(wěn)定性。（三）支撐立柱布置，應(yīng)盡可能利用工程樁位，此類立柱與支撐軸線稍有偏心時，可在支撐桿件上設(shè)置牛腿或懸挑梁，對牛腿以及偏心而使桿件產(chǎn)生的扭矩，和懸臂梁均應(yīng)進行承載力計算和詳圖設(shè)計。上述措施是為了盡量避免支撐桿件軸線過度強調(diào)與立柱對齊而產(chǎn)生彎折的本末倒置現(xiàn)象出現(xiàn)。（四）支撐的豎向布置，對于兩層及以上的支撐體系，豎向支撐點的設(shè)置高度很有講究，布置十分重要。一方面要滿足土方開挖運輸出土方便及方便結(jié)構(gòu)施工，更重要的是應(yīng)使單元計算中正逆工況的內(nèi)力和位移計算結(jié)果基本一致。如果正逆工況的計算結(jié)果存在較大差異時，應(yīng)調(diào)整支撐點的標(biāo)高，進一步計算和優(yōu)化。（五）對利用計算機程序進行計算的結(jié)果，應(yīng)進行分析，對不合理的結(jié)果，應(yīng)進一步檢查輸入的數(shù)據(jù)是否正確和符合實際。2024/3/312樁撐支護計算中的變形協(xié)調(diào)AB段樁單元計算結(jié)果平面有限元計算結(jié)果

樁、撐先后分步計算，由于計算條件不同，得出的位移值不可能完全吻合。樁單元計算中的支撐剛度系數(shù)一般是假定的，而平面有限元的計算結(jié)果針對于一定的圍壓和支撐系統(tǒng)是精確的。如右圖所示，AB段跨中位移顯然大于樁單元計算得出的對應(yīng)位移值。需要注意以下幾點：

1、平面有限元的計算的位移值Δ2對應(yīng)的是支撐施加后的位移增量Δ1，而不是累計位移。

2、應(yīng)根據(jù)平面有限元的計算得出的圍壓與位移的關(guān)系檢驗樁單元計算設(shè)定的剛度系數(shù)是否得當(dāng)。

3、如果Δ2大于Δ1很多，說明樁單元計算輸入的剛度系數(shù)過大，應(yīng)降低剛度系數(shù)重新計算?；蛘?，加大支撐系統(tǒng)剛度（如加大支撐桿件截面、縮小支撐間距、加設(shè)邊桁架等），實現(xiàn)變形的大致協(xié)調(diào)。AB第二工況支護樁在支撐標(biāo)高處的位移增量Δ1Δ2qP設(shè)樁單元計算時設(shè)定剛度系數(shù)為K1,按有限元計算結(jié)果可得到剛度系數(shù)K2

=q/Δ2,K2是精確值,可用以檢驗K1是否恰當(dāng)。（

K1

、K2均以KN/m/m為單位）2024/3/313

1、PHC或PHS管樁為預(yù)應(yīng)力高強度混凝土構(gòu)件，均有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)圖集，并有省標(biāo)規(guī)范，其抗彎承載力取值，根據(jù)GB50204-2002《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，按管樁圖集提供的極限抗彎承載力檢測值除以1.35~1.4取用?？辜舫休d力可按剪切承載力檢測值除以1.5取用。

2、支護樁計算中應(yīng)重視抗剪承載力驗算。

3、對非預(yù)制樁的縱向鋼筋根數(shù)問題，規(guī)程提出不宜少于8根，而未規(guī)定鋼筋最大間距限值。支護樁直徑變化從500mm~1500mm，變化幅度較大，在縱筋根數(shù)不少于8根的前提下，建議縱向鋼筋的最大間距不宜大于150mm，不應(yīng)大于200mm，以保證在受拉區(qū)有多根鋼筋可有效發(fā)揮受力作用。注：樁徑為500mm，配筋8根鋼筋是其間距約為150mm。

4、樁的縱向鋼筋可按樁身彎矩包絡(luò)圖豎向分段配置。但樁頂部分不宜減少，下部可按鋼筋根數(shù)減半處理，但減短的鋼筋應(yīng)向下延伸一個錨固長度。構(gòu)件設(shè)計

支護樁2024/3/314

支撐體系是基坑安全的重要保證，而巖土工程的計算具有相對的不確定因素，因此支撐桿件設(shè)計應(yīng)留有適當(dāng)?shù)母挥喽群脱有浴?/p>

建議支撐的截面尺寸按軸壓比控制。軸壓比為：

N/fcA

N——為軸力設(shè)計值；

fc——為混凝土抗壓強度設(shè)計值；

A——為支撐截面積。

軸壓比控制值建議如下：對主要受力支撐桿件，重要性等級為一級時基坑軸壓比不大于0.5，二級基坑取不大于0.6，對次要連系桿件軸壓比取0.8-1.0。構(gòu)件設(shè)計混凝土支撐的截面控制2024/3/315構(gòu)件設(shè)計

帶支撐的混凝土圍檁或冠梁

1、承載力（彎、剪、偏壓）應(yīng)按GB50010相關(guān)規(guī)定計算，并滿足構(gòu)造規(guī)定。

2、圍檁圍檁（帶撐冠梁）的內(nèi)力現(xiàn)在一般是通過平面有限元計算確定。

問題：⊙但目前計算中，對帶撐冠梁未考慮支護樁排的縱向約束作用，圍檁未考慮其與支護樁（墻）的摩擦阻力的約束作用。當(dāng)支撐體系有角撐時，其軸力呈直方圖模式遞增，這種軸力計算是否符合實際尚待進一步通過實測應(yīng)力來判斷、探討。

⊙但受彎構(gòu)件若按偏壓構(gòu)件設(shè)計是否有利也待探討。若論圍檁（帶撐冠梁）按受彎構(gòu)件設(shè)計可能更偏于安全。目前的平面有限元分析計算，如梁約束方式和設(shè)置部位失當(dāng)，則會出現(xiàn)異常計算結(jié)果，對桿件設(shè)計帶來一定得困難。2024/3/3