国内支撑体系研究现状论文

深基坑开挖与支护结构是基础和地下工程施工中的一个传统课题．也是一个综合性的岩上工程难题，涉及工程地质、水文地质、工程结构、施工工艺和施工管理。随着城市居住空间的发展，高层、超高层建筑以及地下工程的不断涌现．对基坑工程的要求越来越高．出现的问题也越来越多，促使工程技术人员以新的眼光去审视这一古老课题，使许多新的经验和理论的研究方法得以出现和成熟。 早在20世纪30年代．Terzaghi等人已开始研究基坑工程中的岩土工程问题，提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载人小总应力法，这理论直沿用至今．只不过有了许多改进与修正。在以后的时问里，世界各国的许多学者都投入了研究，并不断存这一领域取得丰硕的成果。在我国，20世纪80年代以后，随着经济发展和城市建设的需要，土地资源紧张的矛盾日益突出，向高空、向地下争取建筑空间成为一个发展趋势，对基坑工程的研究逐步发展起来。特别是20世纪90年代以来，随着城镇建设中高层及超高层建筑的大量涌现．深基坑工程越来越多，同时南集的建筑物、复杂的深基坑形式．使得基坑开挖的条件越来越复杂。因此，对基坑开挖与支护的计算与设计理论、施工技术等的要求也越来越高。 2.深基坑支护结构类型 悬臂式支护结构 悬臂式支护结构是指未加任何支撑或锚杆，仅靠嵌入基坑底下定深度的岩土体来平衡上部地面超载、主动土压力以及水压力的支护结构。分为连续的扳桩式结构、分离的排桩式结构和地下连续墙结构。对于该种支护结构．其嵌入深度至关重要。由于基坑底以上部分呈悬臂状态，无任何支点力作用，与有内支撑的支护结构相比，这种结构的桩顶位移及构件弯矩值比较大。因此，这种立护结构形式主要用于土质条件较好、基坑深度不大及对基坑水平位移要求不很严格的基坑，一般开挖深度不宜大于lOm。 拉锚式支护结构 拉锚式支护结构是由挡十结构与外拉系统组成的，分地面拉锚支护结构(外拉系统在地面设置)和锚杆支护结构(外拉系统沿坑壁土体内设置)两类。地面拉锚支护结构由挡土结构、拉杆(索)和锚固体组成，锚固体通常使用锚周桩或锚碇板。常用于深度及规模不大的基坑或悬臂支护结构的抢险工程中。锚杆支护结构是由挡土结构及锚固于蒸坑滑动面以外的稳定土体的锚杆组成。一般用于规模较大的深基坑，邻近有建筑物或重要管线而不允许有较大变形的基坑，以及不允许设内支撑或设内支撑不经济等情况。 内支撑支护结构 内支撑支护结构是由挡土结构和内支撑系统组成的结构形式。挡土结构主要承受基坑开挖所产生的土压力和水压力井将此侧向压力传递给内支撑，有地下水时也可防止地下水的渗漏，是稳定基坑的一种临时支挡结构，一般采用护壁桩和地下连续墙。内支撑为挡土结构的稳定提供足够的支撑力，直接平衡两端围护结构上所承受的侧压力。常用的有钢支撑和现浇钢筋混凝土支撑。 重力式挡士支护结构 重力式挡土支护结构是重力式挡上墙的一种延伸和发展，主要以自身重力来维持支护结构在侧压力作用下的稳定。其特点是先有墙后开挖形成边坡，因此在某种程度上重力式基坑支护结构与重力式挡十墙有较大的区别。目前，常用的重 力式支护结构主要是水泥土重力式围护结构。该结构用于软十的支护结构， 一般深度不大于6m，用丁非软土基坑的支护深度可达l0m。 土钉支护 土钉支护是用于十体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济、可靠且施工快速简便，已在我国得到迅速推广和应用。它由密集的土钉群、被加固的上体、喷射混凝上面层形成支护体系。由于随挖随支，能有效地保持上体强度，减少七体的扰动。适用于地F水位以上或经降水后的人工填上、粘性十和弱胶结砂土，开挖深度为5m～10m的基坑支护。土钉支护不适用十含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层、饱和软弱土层和对变形有严格要求的基坑支护， 复合土钉支护 由于土钉支护自身具有局限性，在松散砂土、软土及含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层、饱和软弱土层不能单独使用该 支护形式，必须与其他支护相结合使用，即所谓的“复合土钉支扩”。复合上钉支护就是由土钉、喷射混凝土与预应力锚杆或预支护微型桩或水泥土桩组合，以解决因基坑变形、土体自立和隔水而形成的支护形式。常用的复台土钉支护南土钉+预应力锚杆+喷射混凝士、上钉+预支护微犁桩+喷射混凝土、土钉+预支护微型桩+预应力锚杆+喷射混凝上、土钉+水泥上桩+喷射混凝土、土钉+预应力锚杆+水泥土桩+喷射混凝土、土钉+预应力锚杆+喷射混凝土。 预应力锚杆柔性支护 预应力锚杆柔性支护是用于基坑开挖和边坡稳定的一种新型支挡技术，是南预应力锚杆与喷射混凝土面层或木板面层结合而成的一种支护方法。其中预应力锚杆是由众多吨位较小的预应力锚杆组成的系统锚杆。由于强大预应力的作用，改变了基坑的受力状态，减小了基坑位移，因此该方法特别适合于位移挖制要求严格的基坑及超深基坑的支护。 3.我国当前深基坑支护设计和施工中存在的问题 支护结构设计计算问题 目前，深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论。而极限平衡理论是一种静态设计，而实际上基坑开挖后的土体是种动态平衡状态，也是一个松弛过程，随着时间的增长，土体强度逐渐下降，并产生一定的变形。工程实践证明，有的支护结构按极限平衡理论计算的安全系数，从理论上讲是绝对安全的，但却发生破坏；有的支护结构却恰恰相反，即安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中获得成功。这说明在设计中变形和时间效应必须给子充分的考虑．但在目前的设计计算巾却常被忽视。 基坑的上压力计算问题 支护结构上的土压力的计算是基坑立护结构计算的关键．但目前要精确计算土压力还十分困难。目前的支护结构设计中．一般都以古典的库伦公式或朗肯公式作为计算上压力的基本公式。应用这2个公式进行基坑上压力汁算存在以下问题：(1)库伦-朗肯土压力理论所制对的挡士墙问题是平面问题，而深基坑开挖支护问题实际上是空问问题。(2)库伦朗肯土压力理论计算的是极限平衡状态时的土压力，但是在实际的基坑工程中，对基坑位移均有严格的控制要求，位移过大是不容许的。基坑挡土结构上实际发生的土压力总是介于静止土压力与主动土压力或静止土压力与被动土压力之间。尤其在开挖过程中，上压力随开挖和支护的进行是一个动态变化过程，应用库伦-朗肯上压力理论无法计算出这一动态过程中相应的土压力。 基坑的变形控制问题 随着城市建设的发展，城市用地越来越紧张，基坑工程往往处于房屋和生命线工程的密集地区，对基坑工程技术提出了更高、更严的要求，不仅要确保基坑的稳定，而且要满足变形控制的要求，以确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等设施的安全。而变形控制是现有基坑工程强度控制设计理论不够重视的一个方面，常规计算方法对立护结构及基坑周围十体的变形未能给出相应的解答，这是导致一些基坑工程失败的主要原因之。侯学渊、孙家乐等深入讨论，变形控制设计．提出了变形控制设计的基本思想：立护结构在满足强度的前提下，尚需满足其使用要求，即基坑在施工过程中既要保证其安全、不失稳，又要保证其对周围环境不造成破坏性的影响。 地下水控制设计问题 地下水控制是基坑工程的个难点，较通常的“降水有更加广泛的含意，它包括降水与截水。因土质与地下水位的条件不同，基坑开挖的施工方法大不相同，不能制定统一的设计模式，这就要求设计者根据实际情况，进行地下水位控制设计。实践中绝大多数基坑工程在控制地下水方面获得了成功，但也有少数基坑(存在透水性大的粉土、砂土层，含水量丰富、相邻建筑物密集)山于其降水或截水在设计或施工中存在问题而出现基坑严重渗漏、管涌．致使工期延长(或者更严重的后果)，故地下水控制设计是基坑丁程设训和施工中十分重要的环节，必须引起重视”。 支护结构的空间效应问题 深基坑本身是个具有长、宽、深尺寸的三维空间结构，基坑开挖过程中，基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小，深基坑边坡失稳常常以长边的居中位置发生，这说明深基坑开挖是个空间问题．但传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。对一些细长条基坑来讲，这种平面应变假设比较符合实际，而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。对于支护结构的空间效应，近几年国内外的研究取得了可喜的成果。但因为在土体力学参数的确定、有限元分析模式的选取等方面仍不能令人满意，基坑支护结构的三维在限元分析还处于辅助设计水平。所以．在未能进行字问问题处理前支护结构的构造要适当调整，以适应开挖空间效应的要求。