库尔勒地区深基坑工程支护设计研究

马 良

(巴州基安岩土工程勘察设计有限责任公司，新疆 库尔勒 841000)

0 引 言

基坑工程不仅涉及稳定和变形问题，有地下水存在时还需要考虑渗流问题，同时由于基坑工程的区域性、土压力等的复杂性，基坑支护不仅需满足强度验算，且要进行变形控制计算，以减小对周边环境的影响。龚晓南[1]认为，挡土构件与既有建筑基础间土体宽度有限时，此时土压力不能采用传统的朗肯理论或库仑理论进行计算。有学者[2，3]预估地表最大沉降为最大墙体侧移的0.8倍，与实测结果较为一致。郑刚等[4]提出基坑开挖对既有隧道变形的影响区大致可简化为直角梯形形状。由上述研究可知，基坑工程的区域性、土压力的选用及考虑基坑对周边环境的影响是基坑工程设计中重要的内容。本文在归纳总结基坑工程特点的基础上，着重讨论了基坑支护设计中土体参数、土压力及支护形式的合理选用。并以某一工程为例，按照强度和变形理论进行设计，研究结果可供该地区同类工程参考。

1 基坑工程的特点

基坑工程具有以下9个特点[5]：①影响因素多，土压力、岩土的本构关系还不完善；②临时工程，安全储备较小；③区域性，不同地区的基坑工程具有不同的地区特点[6]；④个性差异，影响因素有工程地质条件、水文地质条件以及周围环境，因此每个基坑工程具有不同的个性；⑤学科综合性强，不仅需要岩土工程知识，在用到钢构件设计时，还需结构工程等相关知识；⑥土压力复杂，土质、支护形式、内撑布置、周边等均影响土压力的计算和分布；⑦时空效应强，基坑壁土体处于不同部位，暴露时间的长短均影响基坑变形和稳定性；⑧基坑工程是系统工程，信息化管理、动态设计、监测与施工成为发展趋势；⑨环境效应，基坑开挖及降水对周边环境的影响性评估越来越重要，如何减小基坑工程对周边环境的影响是当前重要的岩土课题。

当前，基坑工程事故时有发生，笔者认为事故原因主要有四点。①计算模式不合适。②采用的围护形式超过适用范围。③未能有效控制地下水，水是基坑工程中最危险因素，很多事故均源于此，最近广西南宁一基坑坍塌，也与水密切相关，水管爆裂使水压力剧增。土钉墙支护中降水井不宜布置在坑脚处，而应布置在基坑外侧。土体遇水浸泡，土性和强度会有显著差异。④施工组织不当。基坑工程的发展离不开对其特点的准确把握，并采取针对措施，从而提高基坑工程设计、施工水平，减少基坑工程事故。

2 支护参数和形式的合理选用

2.1 土体参数

基坑侧壁稳定性及土压力大小均与土的抗剪强度参数有关，室内试验和工程实践都表明，土的抗剪强度与土体的排水条件有很大关系，相同土样在同一法向应力的条件下，如果土样的固结条件和排水条件不同，其抗剪强度指标会存在差异。因此，土体抗剪强度指标的选择，应以土体实际受力条件和排水条件与试验条件相一致为原则，即试验条件应符合土的边界条件。在基坑工程支护设计时，如果缺乏孔隙水压力实测值，可采用总应力强度指标以总应力法进行分析。若基坑工程施工速度较快，且地基土层较厚，土体透水性低且排水条件不良时，可采用三轴不固结不排水试验(或快剪试验)的结果。如果基坑工程施工速度较慢，地基土层较薄，土体透水性较大且排水条件良好时，可采用三轴固结排水试验(或慢剪试验)的结果。如果基坑工程施工条件和工程地质条件介于以上两种情况之间，可采用三轴固结不排水试验(或固结快剪试验)的结果。如有可能，尽量采用三轴试验的结果。

2.2 土压力

实际基坑工程中支护结构往往达不到理论计算要求的位移值，实际位移偏小时，计算得到的主动土压力较实际作用土压力偏小，结构设计偏不安全。因此土压力的选用应根据围护结构实际位移值的大小进行修正。在目前设计计算中，土压力计算通常采用下述原则：即对黏性土采用水土合算，对砂性土采用水土分算，而实际工程中遇到的土层是比较复杂的，水土分算与水土合算的计算结果往往是不一样的。所以土压力计算时除按上述原则，还应根据区域特点进行调整，如广东多数地区除砂层外，其他土质基本是用水土合算。

2.3 支护形式

如前述内容，基坑支护形式选用不当，容易造成基坑工程事故当周边环境复杂时，基坑开挖对周边环境的影响是设计中应重点考虑的因素，如基坑需降水时，渗透力和增加的有效应力均会使得地面下沉，此时应根据实际情况考虑是否需要采取回灌措施，基坑开挖是土体卸载的过程，应力释放使得周边2～3倍开挖深度范围的地面产生变形，此时应根据周边环境的要求采取相应的支护形式。总之，基坑开挖支护形式的选用应根据周边环境及变形要求、土质条件、基坑深度、施工可行性、止水效果、经济性及可持续性综合确定。根据规范和工程设计经验，列举了7中较为常用的支护形式，并对其特点和适用性进行了归纳总结，见表1。

表1 常用支护形式

3 案例分析

3.1 土体参数

拟建场地位于库尔勒市萨依巴格路南侧，滨河路西北侧，占地范围约130 m×80 m，总建筑面积103 062 m2。基坑开挖深度11.5m，周边环境如图1所示。

图1 基坑位置及周边环境

3.2 岩土工程条件

各土层岩性特征描述如下，勘察中地下水位埋深为现自然地面23.81～24.28 m，潜水，年均正常水位变幅1.0 m。由于基坑施工速度快，无地下水影响，因此采用快剪获得岩土体强度指标，岩土参数见表2[7]。

表2 岩土物理力学指标

3.3 支护设计

如图1所示，基坑深11.5 m，周边建筑和道路处于基坑开挖主要影响区，对变形敏感，因此基坑设计不仅需进行强度验算，同时需进行变形控制验算，变形控制在30 mm内。土体参数选用表2所列，无须考虑地下水的影响，根据规范[8]和本地区工程设计经验，土压力采用主动土压力，结合技术可行性及经济性，选用桩-锚支护形式，其受力可靠合理，在卵石层中成桩技术可行，控制变形满足要求，典型设计剖面如图2所示，经过后续施工监测，桩体和放坡顶土体安全稳定，桩顶水平位移最大8.8 mm，周边建筑、道路沉降最大2.1 mm，未影响周边建筑和道路的正常使用。

图2 典型基坑支护设计剖面

4 结 论

本文通过讨论基坑工程的特点、围护设计中土体参数、土压力、围护形式的合理选用以及基坑开挖对周边环境的影响,以库尔勒市某基坑工程为例，利用强度和变形控制理论，对该基坑进行支护设计，主要结论如下：

(1)基坑工程具有9个特点，应准确把握，针对处理。

(2)土体参数、土压力及支护形式选用应根据土体边界条件、周边环境等综合确定。

(3)根据现场桩体的稳定性和变形情况，说明基坑支护中土压力选用较符合实际。支护选型合理，满足强度和变形要求，对周边环境的影响满足规范要求。