地下单体构筑物与深基坑围护一体化工作性能研究

摘 要：本文拟通过对现有深基坑开挖、围护技术进行调研，分析现有围护技术结构存在的问题，通过对深基坑工程支护方案进行设计优化，提出一种大型地下单体构筑物与深基坑围护一体化的新型结构，另外通过对该一体化新型结构的工作性能及设计进行研究，为城市大型地下單体构筑物深基坑工程设计施工提供技术参考。

关键词：深基坑;围护结构;一体化

基坑工程施工是城市基础设施建设的关键环节，也是劳动安全与社会公共安全监管的重点[1]。研究内容针对传统基坑支护设施的临时性特点，提出的大型地下单体构筑物与深基坑围护一体化结构型式既可作为围护结构进行基坑支护，同时作为构筑物的一部分进行后续施工，对于上部结构相对简单、造价较低的大型地下单体构筑物来讲是一种相对经济的基坑围护方法，在平原城市进行大型地下构筑物建设时可在一定程度上节省工程费用，避免造成资金浪费，具有十分重要的实际意义[2]。

1 深基坑围护方案

深基坑支护虽为一种施工临时性辅助结构物，但对保证工程顺利进行和临近地基和己有建筑物的结构安全的影响极大，支护结构选型应充分考虑场地周边环境、地质条件、基坑开挖深度，地下水等的影响，应做到技术上先进、可行，经济上实用、合理，使用上安全、可靠，深基坑其主要支护形式有以下几种类型[3]。

1.1 放坡开挖

放坡开挖适用于土质条件较好，开挖深度较浅，无地下水或水位低于基坑底面以及现场有足够的放坡条件。该方法特点是费用相对较低，施工工期短，能为主体结构的施工提高宽敞的施工空间。

1.2 混凝土灌注桩排支护

混凝土灌注桩排支护在开挖基坑周围，用钻机、人工开挖等方式钻孔，下钢筋笼，现场浇注混凝土成桩，形成桩排做挡土支护，适用于土质为粘性土、砂土、开挖面积较大、较深的基坑，以及临近建筑物不允许放坡，不允许附近地基有较大下沉、位移时采用。属于被动支护，当地下水位较深时，辅以降排水措施，不适应于位移控制严格的基坑。

1.3 土钉墙围护结构

土钉墙围护结构适用于地下水位以上和降水后的基坑边坡加固，不适用没有自稳能力的淤泥质土中和未经降水处理的地下水以下的地基。与锚、撑式排粧墙支护等联合使用，可适当增加使用深度。

1.4 地下连续墙支护

地下连续墙支护具有强度大，刚度高，可挡土、承重、截水抗渗和耐久性能好，变形小等优点，可在狭窄的场地条件下进行施工，对周围建筑地基无扰动，振动小，噪声低，施工安全，适用于地下水位较高，开挖深度较大，周围有高层建筑，不允许较大变形，采用机械挖方要求较大的空间，不允许内部设支撑情况，属被动支护。

1.5 桩撑、墙撑支护

桩锚、桩撑支护系在排桩支护基础上，设置一层，或多层锚杆、支撑，以增加排桩抵抗土压力、限制排桩变形能力，这种支护能有效控制临近建筑物的变形量，适用于高深基坑工程支护，一般辅以排降水措施，属于被动支护。

随着科学技术的不断进步和发展，基坑开挖与支护工程从设计理论、施工技术到施工机具均得到了不断的改善和提高，这也为支护结构选型提供了多种选择[4]。

2 深基坑围护与主体结构一体化研究

2.1 基坑开挖土压力计算理论分析

在土力学的经典计算理论中，极限平衡法不失为计算土压力的典型方法，且已广泛应用于基坑工程，诸如围护结构的力学计算分析等，且由于其计算的简便性，所以一直延续至今也是工程设计人员熟悉并认可的计算方法。

2.2 基坑变形理论分析

基坑的开挖过程本质上是对基坑的开挖段卸载土的过程，卸荷导致坑内外的土体出现压力差从而产生围护结构侧移，坑底发生隆起变形，同时，坑周边的土体应力场也随之变化。这些环境效应在很大程度上会影响基坑周围建筑物、道路交通、地下管线等设施的稳定性甚至可能会出现严重的安全问题。因此，应全面了解在开挖过程中表现出的坑底隆起、墙体变形及地表沉降的变形机理和特点，只有确定了变形因素才能针对现场的开挖施工提供有效的预防措施。

2.3 “桩墙”一体化结构

地下单体构筑物与深基坑围护一体化结构设计过程中，可能需要通过板桩及内支撑对基坑进行围护，然后对板桩内侧进行衬砌形成地下构筑物侧壁。在充分考虑工程地质及水文地质条件的情况下，合理对板桩的参数进行设计，使得基坑变形量值控制在许可范围内，避免对周围建筑物的运行及使用产生影响是一体化结构设计中的关键环节。

另外，地下单体构筑物与基坑围护一体化结构总体上可分为满足基坑围护功能的结构和满足构筑物功能的结构两部分，两部分结构的基底埋深差别显著、在构筑物运行中的受力状态也有很大区别，合理实现两部分结构的协调变形也是需要解决的关键技术。

3 一体化结构工作性能的影响因素

3.1 悬臂围护结构嵌固深度的影响

一体化基坑围护结构施工过程中的影响因素与传统基坑围护方式相比存在差异，首先明确该异同点，并在此基础上对一体化新型结构施工组织进行优化设计，依据理论计算和数值模拟获得的一体化新型结构施工过程力学响应，提出悬臂围护结构的最优嵌固深度，可对该类新型基坑围护结构的设计及施工提供重要依据。

3.2 悬臂围护结构尺寸及间距的影响

近年来，因地面用地越来越紧张，城市地下空间发展迅速，基坑工程数量与日俱增，开挖越来越深，规模越来越大，支护形式越来越复杂，一体化结构中悬臂围护结构尺寸及间距不仅直接影响基坑的安全，还对周边的敏感建构筑物，如历史保护建筑、高层建筑、地铁车站、区间隧道、高架桥梁桩基础及各种地下市政管线设施等产生较大影响。

3.3 内支撑刚度及布设方式的影响

内支撑的种类及材料形式以及布设方式对基坑的安全稳定也产生巨大的影响。不同深度以及不同环境条件的基坑可以依据具体工程地质条件分配不同的支撑材料和布设形式，对于周边环境复杂的基坑，则应选取更为保守和安全的形式，以保证工程的安全施工和运行。

本文针对平原城市大型地下单体构筑物建设中深基坑围护造价高、技术难点多等问题，首先开展深基坑围护现有技术调研以及问题分析，提出大型地下单体构筑物深基坑围护新型结构型式，其次，通过对其工作性能及设计方法进行研究分析，提出该新型围护结构型式的施工关键技术，进一步指导现场施工。

参考文献

[1]吴洋.基坑支护的优化设计与应用研究[D].南京大学，2013.

[2]张戈，毛海和.软土地区深基坑围护结构综合刚度研究[J].岩土力学（5）：1467-1474，共8页.

[3]付建军.二元地质环境下狭长型基坑围护体系与防渗体系研究[D].中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所），2010.

[4]舒安，陈无平，张文军，etal.基坑支护设计与地下室结构施工一体化技术应用[J].城市建设理论研究：电子版，2013.

作者简介

陈爽爽（1994-），男，汉族，山东临沂市人，工学学士，重庆交通大学河海学院水工结构工程专业，研究方向：水工结构与岩土工程相互作用理论。