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摘要：本文介绍了当前基坑工程中常见的支护结构类型及不同地基土条件下的基坑工程支护结构设计计算的一些主要内容，以供基坑工程的安全施工、防患于未然。
关键词：基坑支护结构；结构类型；应用
【分类号】：TU476
1.引言
建筑行业与房地产开发的持续发展，人们对城市建筑物的高度和荷载都提出了更高的要术，因此对地基承载能力的要求越来越高，基础的埋置越来越深，使深基坑及其支护技术变得越发重要。
无论是高层建筑还是地铁的深基坑工程，由于都是在城市中进行开挖，基坑周围通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物，这就涉及到基坑开挖的一个很重要内容，要保护其周边构筑物的安全使用，支护结构不安全势必会造成工程事故。通常，深基坑较为常见的基坑破坏主要有五类：1）倾覆破坏；2）整体稳定破坏；3）剪切破坏；4）渗透破坏（流砂，流土或管涌）；5）局部隆起破坏；特别是整体圆孤滑动，塌方量大，破坏力强，已引起业内人士的高度重视，是施工安全控制群死群伤事故的重要部位；要确保深基坑的施工安全，必须制定安全管理的措施。因此，如何安全、合理地选择合适的支护结构并根据基坑工程的特点进行科学的设计计算是基坑工程要解决的主要内容。
2.基坑支护结构的类型
2.1原状土放坡
一般基坑深度小于3米时，可采用一次性放坡。当深度达到4-5米时，也可采用分级放坡。基坑放坡必须保证边坡的稳定，根据土的类别进行稳定计算确定安全系数。原状土放坡适用于较浅的基坑。
2.2深层搅拌桩支护
深层搅拌桩是加固软土地基的一种新方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂通过深层搅拌机械，将软土和固化剂（浆体和粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理--化学反应，使软土硬结成具有整体性，水稳定性和一定程度的桩体。深层搅拌最宜于各种成因饱和软粘土等，包括淤泥，淤泥质土、粘土和粉质粘土等。基坑开挖不宜大于6米，对于有机质土，泥炭质土，含有伊里石、氯化物等粘性工及酸碱度较低的粘性土，宜通过试验确定。加固深度从数米到50-60米，国内最大深度可达15-18米。
2.3钢板桩支护
钢板桩支护是由钢板桩、锚拉杆（或内支撑、锚碇结构、腰梁等）组成。由于钢板本身刚性不足，其支撑或锚拉系统如果设置不当，会产生较大的变形。但其优点是一种施工简单，投资经济，施工机械化程度要求不高的支护方法。但基坑深度超过7米以上的软土地层，基坑不宜采用钢板桩支护，如要采用此种支护方法，必须设置多层支撑或锚拉杆。
2.4排桩支护
排桩支护是指队列式间隔布置钢筋混凝土挖孔，钻（冲）孔灌注桩，作为主要的挡土结构，其结构形式可分为悬臂支护或单锚杆，多锚杆结构，布桩形式可分为单排或双排布置。桩的嵌固深度、桩径和配筋根据坑深、支撑布置和周围环境要求等计算确定。排桩中应用最广泛的是钻孔灌注桩。一、二、三级基坑皆可应用。一般当基坑深h=8-14m且周围环境要求不高时多考虑采用。悬臂式支护适用于开挖深度不超过10米，粘土层不超过8米砂性土层，以及不超过5米的淤泥质土层。
2.5土钉支护
土钉支护是近年来发展起来的用于土体开挖和边坡稳定的一种 技术。由于施工可靠且施工快速简便，施工机械化程度要求不高，已在许多国家中迅速推广和使用，所谓"土钉"就是置入于现场原位土体中以较密间距排列的细长金属杆件，通常还外裹水泥砂浆或水泥净浆体。土钉通长与周围土体接触，依靠接触界面上的粘结力和磨擦力与周围土体形成一个结合体，在土体发生变形的条件下被动受力，且主要通过受拉工作对土体进行加固。土钉支护具有如下特点；1）材料用量远低于桩支护和连续墙支护，土钉支护的施工速度比其他支护要快得多。2）施工设备轻便，操作简单，有较大的灵活性，对周围的环境干扰也很少，特别适合于城市城区施工；3）对场地土层的适应性强，特别适合有一定粘性的砂土和硬粘土，即使是软土，在采取一定措施后可有可能采用土针支护；4）结构轻巧，柔性大，有非常好的抗震性能和延性。5）安全可靠，土钉的数量较多并作为群体起作用，个别土钉出现质量问题或失效时对整体影响不大。
2.6锚杆或喷锚支护
锚杆与土钉墙支护相似，将锚杆锚入稳定土体中，外墙与支护结构连结用以维护基坑稳定的受拉杆件，并施加预应力。锚杆可与排桩，地下连续墙，土针墙，其他支护结构联合使用，不宜用于有机土，液限大于50%的粘土层及相对密度少于0.3%的砂土。喷锚支护是从隧道岩石锚杆引入的一种新型基坑支护技术，当深基抗邻近有建（构）筑物，交通干线或地下管线影响，基坑不能放坡开坑时，采用喷锚支护可以支承挡土墙，维护坑壁稳定，简化坑内支撑，改善施工条件。
2.7拱圈支护结构
拱圈分闭合拱和非闭合拱，拱圈形成包括圆拱、椭圆拱和二次曲线拱。这种拱圈挡土能承受水平方向的土压力，因拱的内力以受压力为主，弯距很少，能充分发挥混凝土抗压强度高的特性。施工方便，施工机械化程度要求不高，施工速度较快。施工现场要适合拱圈布置，构造应符合圆环受力特点。要特别注意的是拱脚的稳定性，并对其稳定性要有可靠的保证措施。
2.8地下连续墙支护
地下连续墙是在深层地下浇注一道钢筋混凝土墙，既可起挡土护壁，又可起隔渗作用，还可以成为工程主体结构的一部分，也可以代替地下室墙的外模板。地下连续墙也可简称地连墙，地连墙施工是利用特制的成槽机械，在泥浆护壁的情况下，开挖一定深度的沟槽，然后吊放钢筋笼，浇筑混凝土，施工时，可以分成若干单元（5-8米一段），然后将各段进行接头连接，形成一通地下连续墙。但其缺点为要用专用设备施工，施工机械化程度要求较高，单体施工造价高；其优点为各种地质条件，及复杂的施工环境适应能力较强，施工不必放坡，不用支撑。国内地下连续墙的深度可达36米，壁厚1米。 2.9逆作法支护
逆作法的施工工艺和一般正常施工相反，一般基坑施工先挖至设计深度，然后自下向上施工到正负零标高，然后再继续施工上部主体。逆作法是先施工地下一层（离地面最近的一层），在浇完一层楼板时，进行养护，在养护期间可以向上部施工主体，当第一层楼板达到强度，可以继续施工地下二层（同时向上方施工），此时的地下主体结构梁板体系，就可作为挡土结构的支撑体系，地下室的墙体又是基坑的护壁。这时梁板的施工只需在地面上挖出坑槽放入模板钢筋，不设支撑，在梁的底部将伸出筋插入土中，作为柱子钢筋，梁板施工完结再挖土方施工柱子。第一层楼板以下部分由于楼板的封闭，只能采用人工挖土，可利用电梯间作垂直运输通道。这种支护方法使挡土结构变形较少，节省临时支护结构。并且可以避免由于装拆临时支撑造成的土体变形。适用于较深基坑，对周边变形有严格要求的基坑。要预先做好施工组织方案，及各结构节点的处理。
3.基坑支护结构的计算理论
基坑支护是由支撑、挡墙和土体相互作用而形成的复杂结构体系，而这个结构体系的形成又经历了建立挡墙一逐层开挖土方一逐层安装支撑，这样一个复杂的过程，因此，更精确地分析其受力是比较困难的，随着基坑支护实践的理论的发展，目前其计算理论大致有如下几类：
3.1极限平衡理论
该理论基于土体的极限平衡，即“刚塑性理论”，假定破坏的土体是刚体，而滑移面上的正应力和切应力服从莫尔-库伦条件。这种理论在支护上应用，不考虑支护自身的变形，只根据支护移动的趋势，假定作用于基坑面以下支护两侧的作用力为主动土压力或被动土压力，也就是说，开挖面下面支护的受力是已知的，未知数仅仅是支护的人土深度和基坑面以上各层支撑的支反力。
3.2弹性支点法
由于深基坑支护结构侧向土压力是基于刚塑体理论，无法计算承载力极限状态以前的变形，该理论对于破坏状态以前应力—应变关系无从解释，因此人们不得不求助于刚塑体理论以外的方法，弹性地基梁法正是这样一种方法弹性地基梁理论基于土体的弹性平衡。由于多层支护挡墙人土部分的位移量较小，难于达到出现被动土压力所产生的位移，该理论把挡墙的人土部分作为弹性地基梁来分析。
3.3弹性有限元方法
该理论基于土体、挡墙和支撑的共同变形，把开挖面上下的土体作为弹性介质，对土压力的分布不作假定，把挡墙前后一定范围内的土体化为平面应力单元，挡墙为梁单元，水平支撑为杆单元。由于土体属于半无限平面，对土体的边界条件要作适当处理。
3.4非线性有限元方法
对于土体考虑非线性性质，其本构关系可以采用莫尔一库仑理论弹塑性模型、剑桥模型等，以考虑应力历史，为了模拟围护结构与土体的共同作用，在土体与挡墙之间，设置接触单元，而挡墙和支撑，仍按弹性材料考虑。有限元方法的优点是不仅能计算支护变形，也能计算土体本身的变形，能处理复杂的土质条件，加荷历史和边界条件等。但是有限元方法，尤其是非线性有限元方法，由于参数难以准确取值及计算工作量大等原因，目前我国在基坑支护结构设计中尚无直接利用平面有限元方法的计算结果作为设计依据的实例。有时结合重大工程技术问题的处理，把它作一种辅助手段。目前，在基坑支护的计算方面，有限元方法主要用于理论研究。
4.结束语
总之，采用不同形式的基坑支护结构，要根据深基坑深度、施工现场的地质条件以及施工现场周围的环境等选择基坑支护施工方案、周密组织、科学实施。
关键词：基坑支护结构；结构类型；应用
【分类号】：TU476
1.引言
建筑行业与房地产开发的持续发展，人们对城市建筑物的高度和荷载都提出了更高的要术，因此对地基承载能力的要求越来越高，基础的埋置越来越深，使深基坑及其支护技术变得越发重要。
无论是高层建筑还是地铁的深基坑工程，由于都是在城市中进行开挖，基坑周围通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物，这就涉及到基坑开挖的一个很重要内容，要保护其周边构筑物的安全使用，支护结构不安全势必会造成工程事故。通常，深基坑较为常见的基坑破坏主要有五类：1）倾覆破坏；2）整体稳定破坏；3）剪切破坏；4）渗透破坏（流砂，流土或管涌）；5）局部隆起破坏；特别是整体圆孤滑动，塌方量大，破坏力强，已引起业内人士的高度重视，是施工安全控制群死群伤事故的重要部位；要确保深基坑的施工安全，必须制定安全管理的措施。因此，如何安全、合理地选择合适的支护结构并根据基坑工程的特点进行科学的设计计算是基坑工程要解决的主要内容。
2.基坑支护结构的类型
2.1原状土放坡
一般基坑深度小于3米时，可采用一次性放坡。当深度达到4-5米时，也可采用分级放坡。基坑放坡必须保证边坡的稳定，根据土的类别进行稳定计算确定安全系数。原状土放坡适用于较浅的基坑。
2.2深层搅拌桩支护
深层搅拌桩是加固软土地基的一种新方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂通过深层搅拌机械，将软土和固化剂（浆体和粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理--化学反应，使软土硬结成具有整体性，水稳定性和一定程度的桩体。深层搅拌最宜于各种成因饱和软粘土等，包括淤泥，淤泥质土、粘土和粉质粘土等。基坑开挖不宜大于6米，对于有机质土，泥炭质土，含有伊里石、氯化物等粘性工及酸碱度较低的粘性土，宜通过试验确定。加固深度从数米到50-60米，国内最大深度可达15-18米。
2.3钢板桩支护
钢板桩支护是由钢板桩、锚拉杆（或内支撑、锚碇结构、腰梁等）组成。由于钢板本身刚性不足，其支撑或锚拉系统如果设置不当，会产生较大的变形。但其优点是一种施工简单，投资经济，施工机械化程度要求不高的支护方法。但基坑深度超过7米以上的软土地层，基坑不宜采用钢板桩支护，如要采用此种支护方法，必须设置多层支撑或锚拉杆。
2.4排桩支护
排桩支护是指队列式间隔布置钢筋混凝土挖孔，钻（冲）孔灌注桩，作为主要的挡土结构，其结构形式可分为悬臂支护或单锚杆，多锚杆结构，布桩形式可分为单排或双排布置。桩的嵌固深度、桩径和配筋根据坑深、支撑布置和周围环境要求等计算确定。排桩中应用最广泛的是钻孔灌注桩。一、二、三级基坑皆可应用。一般当基坑深h=8-14m且周围环境要求不高时多考虑采用。悬臂式支护适用于开挖深度不超过10米，粘土层不超过8米砂性土层，以及不超过5米的淤泥质土层。
2.5土钉支护
土钉支护是近年来发展起来的用于土体开挖和边坡稳定的一种 技术。由于施工可靠且施工快速简便，施工机械化程度要求不高，已在许多国家中迅速推广和使用，所谓"土钉"就是置入于现场原位土体中以较密间距排列的细长金属杆件，通常还外裹水泥砂浆或水泥净浆体。土钉通长与周围土体接触，依靠接触界面上的粘结力和磨擦力与周围土体形成一个结合体，在土体发生变形的条件下被动受力，且主要通过受拉工作对土体进行加固。土钉支护具有如下特点；1）材料用量远低于桩支护和连续墙支护，土钉支护的施工速度比其他支护要快得多。2）施工设备轻便，操作简单，有较大的灵活性，对周围的环境干扰也很少，特别适合于城市城区施工；3）对场地土层的适应性强，特别适合有一定粘性的砂土和硬粘土，即使是软土，在采取一定措施后可有可能采用土针支护；4）结构轻巧，柔性大，有非常好的抗震性能和延性。5）安全可靠，土钉的数量较多并作为群体起作用，个别土钉出现质量问题或失效时对整体影响不大。
2.6锚杆或喷锚支护
锚杆与土钉墙支护相似，将锚杆锚入稳定土体中，外墙与支护结构连结用以维护基坑稳定的受拉杆件，并施加预应力。锚杆可与排桩，地下连续墙，土针墙，其他支护结构联合使用，不宜用于有机土，液限大于50%的粘土层及相对密度少于0.3%的砂土。喷锚支护是从隧道岩石锚杆引入的一种新型基坑支护技术，当深基抗邻近有建（构）筑物，交通干线或地下管线影响，基坑不能放坡开坑时，采用喷锚支护可以支承挡土墙，维护坑壁稳定，简化坑内支撑，改善施工条件。
2.7拱圈支护结构
拱圈分闭合拱和非闭合拱，拱圈形成包括圆拱、椭圆拱和二次曲线拱。这种拱圈挡土能承受水平方向的土压力，因拱的内力以受压力为主，弯距很少，能充分发挥混凝土抗压强度高的特性。施工方便，施工机械化程度要求不高，施工速度较快。施工现场要适合拱圈布置，构造应符合圆环受力特点。要特别注意的是拱脚的稳定性，并对其稳定性要有可靠的保证措施。
2.8地下连续墙支护
地下连续墙是在深层地下浇注一道钢筋混凝土墙，既可起挡土护壁，又可起隔渗作用，还可以成为工程主体结构的一部分，也可以代替地下室墙的外模板。地下连续墙也可简称地连墙，地连墙施工是利用特制的成槽机械，在泥浆护壁的情况下，开挖一定深度的沟槽，然后吊放钢筋笼，浇筑混凝土，施工时，可以分成若干单元（5-8米一段），然后将各段进行接头连接，形成一通地下连续墙。但其缺点为要用专用设备施工，施工机械化程度要求较高，单体施工造价高；其优点为各种地质条件，及复杂的施工环境适应能力较强，施工不必放坡，不用支撑。国内地下连续墙的深度可达36米，壁厚1米。 2.9逆作法支护
逆作法的施工工艺和一般正常施工相反，一般基坑施工先挖至设计深度，然后自下向上施工到正负零标高，然后再继续施工上部主体。逆作法是先施工地下一层（离地面最近的一层），在浇完一层楼板时，进行养护，在养护期间可以向上部施工主体，当第一层楼板达到强度，可以继续施工地下二层（同时向上方施工），此时的地下主体结构梁板体系，就可作为挡土结构的支撑体系，地下室的墙体又是基坑的护壁。这时梁板的施工只需在地面上挖出坑槽放入模板钢筋，不设支撑，在梁的底部将伸出筋插入土中，作为柱子钢筋，梁板施工完结再挖土方施工柱子。第一层楼板以下部分由于楼板的封闭，只能采用人工挖土，可利用电梯间作垂直运输通道。这种支护方法使挡土结构变形较少，节省临时支护结构。并且可以避免由于装拆临时支撑造成的土体变形。适用于较深基坑，对周边变形有严格要求的基坑。要预先做好施工组织方案，及各结构节点的处理。
3.基坑支护结构的计算理论
基坑支护是由支撑、挡墙和土体相互作用而形成的复杂结构体系，而这个结构体系的形成又经历了建立挡墙一逐层开挖土方一逐层安装支撑，这样一个复杂的过程，因此，更精确地分析其受力是比较困难的，随着基坑支护实践的理论的发展，目前其计算理论大致有如下几类：
3.1极限平衡理论
该理论基于土体的极限平衡，即“刚塑性理论”，假定破坏的土体是刚体，而滑移面上的正应力和切应力服从莫尔-库伦条件。这种理论在支护上应用，不考虑支护自身的变形，只根据支护移动的趋势，假定作用于基坑面以下支护两侧的作用力为主动土压力或被动土压力，也就是说，开挖面下面支护的受力是已知的，未知数仅仅是支护的人土深度和基坑面以上各层支撑的支反力。
3.2弹性支点法
由于深基坑支护结构侧向土压力是基于刚塑体理论，无法计算承载力极限状态以前的变形，该理论对于破坏状态以前应力—应变关系无从解释，因此人们不得不求助于刚塑体理论以外的方法，弹性地基梁法正是这样一种方法弹性地基梁理论基于土体的弹性平衡。由于多层支护挡墙人土部分的位移量较小，难于达到出现被动土压力所产生的位移，该理论把挡墙的人土部分作为弹性地基梁来分析。
3.3弹性有限元方法
该理论基于土体、挡墙和支撑的共同变形，把开挖面上下的土体作为弹性介质，对土压力的分布不作假定，把挡墙前后一定范围内的土体化为平面应力单元，挡墙为梁单元，水平支撑为杆单元。由于土体属于半无限平面，对土体的边界条件要作适当处理。
3.4非线性有限元方法
对于土体考虑非线性性质，其本构关系可以采用莫尔一库仑理论弹塑性模型、剑桥模型等，以考虑应力历史，为了模拟围护结构与土体的共同作用，在土体与挡墙之间，设置接触单元，而挡墙和支撑，仍按弹性材料考虑。有限元方法的优点是不仅能计算支护变形，也能计算土体本身的变形，能处理复杂的土质条件，加荷历史和边界条件等。但是有限元方法，尤其是非线性有限元方法，由于参数难以准确取值及计算工作量大等原因，目前我国在基坑支护结构设计中尚无直接利用平面有限元方法的计算结果作为设计依据的实例。有时结合重大工程技术问题的处理，把它作一种辅助手段。目前，在基坑支护的计算方面，有限元方法主要用于理论研究。
4.结束语
总之，采用不同形式的基坑支护结构，要根据深基坑深度、施工现场的地质条件以及施工现场周围的环境等选择基坑支护施工方案、周密组织、科学实施。