市政基坑支护设计在新建城区的应用

市政基坑支护设计在新建城区的应用

丁文艳

中纬城建设计有限公司， 山东 济南 250101

摘 要：市政工程最明显的特点就是涉及专业繁多，通常会涉及的专业有道路、给排水、桥梁、景观等等，相互影响，这些专业又或多或少的会涉及到基坑支护的内容，比如近几年兴起的管廊工程，在有效的解决了管道维护与道路占用的相互影响下，又将基坑支护设计更紧密的与市政工程联系在了一起。

关键词：新城区；基坑支护；放坡开挖

引 言：随着经济的快速发展，城市现代化程度的提高，城市面积在逐步扩大。城市面积的扩大必然涉及到老城区的改造和新城区的兴起。其中，新城区的建设现在已经发展的如火如荼。在新城区的建设过程中，优势是有很多建设经验可以参考，不管是老城区改造过程中总结的经验还是类似新建城区的建设经验，新城区在早期的规划设计阶段就可以避免很多问题的再次发生，将市政工程的规划做到尽可能的详细、长远。

新城区的建设与老城区改造建设相比，通常有极大的场地优势。新城区周边一般比较空旷，管线稀少，各专业设计影响因素相对较少。单论基坑工程来说，综合考虑经济和安全性，优先选用明挖法施工。

明挖法施工又分为放坡开挖和不放坡开挖。在有足够的施工场地且没有不良地质作用时，优先选用放坡开挖。

一、放坡开挖

放坡开挖是一种能充分利用土体自身强度的支护方式，但为了安全性考虑，自然放坡通常会采用水泥砂浆抹面、钢筋混凝土挂网喷浆等型式加固坡面防护，增强支护强度，可以有效避免落石等危险事件的发生。放坡坡度的确定一般是采用坡率法，当有可靠的工程经验时也可以参考确定允许值，没有经验但是土质均匀、环境条件简单还可按规范确定允许值。当开挖深度较深时，可以采取放缓坡率或者加设平台，分级放坡的方式，将一级放坡设置为两级放坡，中间平台宽度根据具体的实际情况确定，但一般不小于0.5m，更多时候可以采取两者相结合的方法，逐步调整坡率和平台宽度，选取最合适的支护方式以达到最好的支护效果。

放坡支护的计算比较简单，一般是需要对基坑开挖的各个工况进行整体滑动稳定性验算，验算方法可以采用圆弧滑动条分法进行验算，临时性的工程要求边坡稳定安全系数不得小于1.25。

二、土钉墙支护

当基坑开挖深度过深或者场地受到一定限制时，自然的放坡已经不能满足，可以考虑采用土钉墙的支护方法。土钉墙支护是一种利用钢筋或者钢管直接插入土体，或者通过注浆使插入土体的构件与原有土体紧密结合形成一体的一种复合型支护。

土钉墙在设计的过程中，首先需要确定土钉的极限粘结强度标准值。该值与土质的具体情况和土钉的施工工艺有关。工艺一般分为成孔注浆土钉和打入钢管土钉。土钉的极限粘结强度标准值一般会在地勘报告中提出，如果在初步设计阶段，没有详细的地勘资料，可以通过规范或者可靠的经验值确定。

土钉墙的计算与放坡支护有相同的地方，比如整体稳定安全的验算，土钉墙的整体稳定安全系数要求不得小于1.3，且适用于安全等级为二级的基坑。土钉墙不仅需要验算整体稳定性，还要计算单根土钉的抗拔承载力，以安全等级为二级的基坑工程为例，要求土钉的抗拔安全系数不应小于1.6，这里说的土钉的抗拔安全系数即为土钉的轴向拉力标准值与极限抗拔承载力标准值的比值。土钉的轴向拉力标准值与土钉的布置间距、土钉倾角以及主动土压力强度有关，土钉的极限抗拔承载力则应该通过抗拔试验确定。初步设计阶段也可按相关规范对其进行估算，主要是与土钉的锚固体直径、土钉长度以及土体的极限粘结强度标准值有关。

三、钢板桩支护

新城区的建设并非是完全荒芜的，有些既有线路的存在会影响新建工程的施工。这种情况下显然不再适用大面积的放坡开挖。反而要求控制开挖面积，减小对既有道路的影响，这时，采用钢板桩支护是一种比较经济的选择。

钢板桩是一种钢制成品，最大的优点是可以循环使用，有效的降低工程成本。根据不同的基坑开挖深度有多种长度的钢板桩可供选择。目前，国内市场上常用的钢板桩长度有9m、12m、15m、18m和21m。钢板桩通常会与钢支撑配合使用，根据开挖深度和地质情况决定设置几道支撑。

钢板桩的计算比前两者的计算要复杂一些，首先需要验证桩身强度，钢板桩作为基坑的支护结构，主要是受弯，验证的是结构的抗弯强度是否满足要求。当基坑开挖深度较深时，钢板桩支护可能会发生比较大的变形，支护结构的侧向变形应符合相关规范要求。各个工况的位移和弯矩都是关注的重点，最危险的工况通常是开挖到基坑底部的工况，但是拆撑的工况同时也要给予一定的关注，拆撑往往会导致围护结构产生较大的变形，这种时候要加强监测，及时关注基坑围护结构的稳定性。

结构本身的强度验算通过之后，对于基坑整体的计算，需要考虑的方面有周边地表的沉降、整体稳定验算、基坑抗隆起验算以及钢板桩嵌固深度验算等等。其中，在整体稳定验算时，采用的方法也是条分法，确定最危险的滑裂面，要求整体稳定安全系数不小于1.35。验算坑底抗隆起时是从支护底部开始，逐层验算抗隆起的稳定性，抗隆起系数一般是取1.8。

基坑支护是一个动态的过程，每时每刻基坑的状态都是变化的，不管是在市区还是新建城区，在基坑的全过程，都需要实时监测，为作业人员提供安全可靠的作业环境。这就要求我们在进行基坑支护设计的时候，要加强监测设计说明，提出基坑监测报警值等。

基坑监测是指导正确施工避免事故发生的必要措施，应由有资质的监测单位制定详细的监测方案施工过程应严格按照设计要求做好监测监控工作。基坑监测对象一般为基坑支护结构和周边环境。针对本次涉及的内容为例，基坑支护结构监测对象包括土钉墙和钢板桩支护；周围环境监测对象主要为工程周围地表土体、建（构）筑物、地下管线、城市道路及其他市政基础设施等。建设单位应委托有资质的第三方监测单位对监测方案进行深化并实施。监测方案与支护设计紧密相连，两者相辅相成，在不同阶段有不同的侧重点，两者结合才能使基坑支护设计更完善。

基坑支护设计过程中，地下水的控制也是一个需要纳入考虑的方面。在很多现有的经验中，很多基坑事故的发生都与地下水分不开关系，基坑围护结构出现渗漏如果不及时采取措施就可能导致基坑失稳，发生事故，所以在设计过程中要特别注意地下水的控制。

在明挖基坑中，如果基坑开挖深度较浅，地下水位较深，地下水不是很发育的地区可以采用集水明排的方式收集地下水，减弱地下水对工程建设的影响，集水明排是浅基坑应用较广的一种方式，整体来说是施工简单，最经济的降水方式。但在现在更多的工程中，我们会发现，现在基坑面积是越来越大，深度也是越来越深，显然，这时候集水明排已经不能适应工程的需要。这就需要设置降水井。降水都是严格按照“按需降水”的原则，分层进行，抽水时应该严格控制，适时短时少抽，避免导致沉降扩展，影响周边环境安全。一般时基坑开挖前应提前两周进行降水，确保基坑开挖面无明水；如果基坑较长时间未开挖，应保证每天抽水直至抽出清水，再抽1～2小时方可停止。降水单位还应在基坑开挖期间应每天测报抽水量及坑内地下水位。如发现水位变化>500mm/d的迹象，应及时通知设计、建设、监理等，分析原因。

上述所说的是基坑内的降水控制，为了防止地面的水涌入基坑，在基坑周边会设置挡水墙或者截水沟一类的结构疏排降水等，减弱地面水对基坑的影响。

结束语

简而言之，在基坑支护设计的过程中，要注重支护设计与具体工程情况的结合与适配性，具体情况具体分析，因地制宜，综合考虑多种支护方式或者相结合。此外，还要充分发挥动态控制的原则，将工程建设的整个过程都纳入设计范围内，努力做到信息化施工。

参考文献：

[1]《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）

[2]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）

[3]《钢板桩支护技术规程》（T/CECS-720-2020）