1、基坑支护安全等级划分
基坑支护设计时，首先应当依据基坑深度、工程水文地质条件、环境条件和使用条件等合理划分基坑侧壁安全等级，然后综合基坑侧壁安全等级、施工、气候条件、工期要求、造价等因素合理选择支护结构类型。同一基坑的不同侧壁可分别确定为不同的安全等级，并依据侧壁安全等级分别进行设计。但当采用内支撑支护体系时，应以支撑两侧安全等级高的控制设计。表32.2.1为北京地方标准《建筑基坑支护技术规程》（DB11/）有关基坑侧壁安全等级确定原则。
注：
（1）h───基坑开挖深度。
（2）α───相对距离比a=x/ha。为管线、邻近建（构）筑物基础边缘（桩基础桩端）离坑口内壁的水平距离与基础底面距基坑底垂直距离的比值，见图32.2.1。
（3）工程地质、水文地质条件分类：
Ⅰ复杂──稍密以下碎石土、砂土和填土，软塑~流塑粘性土，地下水位在基底标高之上，且不易疏干；
Ⅱ较复杂──中密碎石土、砂土和填土，可塑粘性土，地下水位在基底标高之上，但易疏干；
Ⅲ简单──密实碎石土、砂土和填土，硬塑~坚硬粘性土，基坑深度范围内无地下水。
坑壁为多层土时可经过分析按不利情况考虑。
（4）如邻近建（构）筑物为价值不高的、待拆除的或临时性的，管线为非重要干线，一旦破坏没有危险且易于修复，则α值可提高一个范围值；对变形特别敏感的邻近建（构）筑物或重点保护的古建筑物等有特殊要求的建（构）筑物、当基坑侧壁安全等级为二级或三级时，应提高一级安全等级；当既有基础（或桩基础桩端）埋深大于基坑深度时应根据基础距基坑底的相对距离、附加荷载、桩基础形式以及上部结构对变形的敏感程度等因素综合确定α值范围及安全等级。
（5）同一基坑周边条件不同可分别划分为不同的安全等级。（当采用内支撑时，应以对应安全等级严的控制）
2、有限宽度土压力的计算
实际工程中，常常遇到这样一种情况，拟建基坑距离既有地下结构物较近，基坑外的土体不再是连续的，由于地下结构物的存在以及它的遮拦作用，此种情况下支护结构上的土压力不同于普通半无限连续土体的情况，产生土压力的土体为支护结构与地下结构物之间的有限土条（图32.2.2-1）。在相同的土层条件下，有限范围土体的土压力小于普通半无限连续土体的土压力。但是，需要注意的是，有限范围土体中的部分或全部可能是既有地下结构物施工时的回填土，必须引起重视。当临近基坑的建筑物基础低于基坑底面时，且外墙距支护结构净距b小于h×tg（45°-φk/2）时，有限宽度土体作用在支护结构上任意点的水平荷载标准值eak可基于极限平衡原理进行计算。北京地方标准《建筑基坑支护技术规程》（DB11/）规定，当临近基坑的建筑物基础低于基坑底面时，且外墙距支护结构净距b小于h×tg（45°-φk/2）时，可按下列方法计算作用在支护结构上任意点的有限宽度土体水平荷载标准值eak（图32.2.2-1）：
1.当计算点深度z≤b×ctg（45°-φk/2），或z≥b×ctg（45°-φk/2）+dh时，按常规方法计算；
2.当计算点深度b×ctg（45°-φk/2）zb×ctg（45°-φk/2）+dh时：
(1)对于黏性土、粉土和地下水位以上的砂土、碎石土：
(2)对于地下水位以下的砂土、碎石土：
式中
h──基坑深度；
z──计算点深度；
dh──临近建筑物基础埋置深度；
nb──系数，nb＝b/htg（45°-φk/2）。
3、基坑上部采用放坡或土钉墙，下部采用排桩或地下连续墙时的土压力计算针对基坑上部采用放坡或土钉墙、下部采用排桩或地下连续墙的组合支护型式，在实际设计计算中往往不考虑桩(墙)顶部以上土体与桩(墙)支护结构间的相互影响而导致计算中低估上部土体对桩(墙)支护结构的作用效应、使计算结果偏于不安全。如将土钉墙部分的土层重力按作用在桩墙顶面的分布荷载考虑（常规方法）并按朗肯土压力方法计算作用在桩墙上的水平荷载实际上是将桩墙顶部以上的土压力人为的略去了一部分（见图32.2.3cdfbf部分）。通过不同基坑深度的实例试算，当上部土钉墙支护高度h1等于0.5h时（坡度1：0.2左右），常规计算方法的计算结果与实际相比，土压力小5％～15％，最大弯距小5％～20％，第一排锚杆（锚杆设置在桩顶）拉力小20％～60％。安全储备随放坡或土钉墙支护高度（h1）与基坑总深度的比值的增大而降低，特别当放坡或土钉墙支护的高度（h1）大于基坑总深度的1/2时，其降低幅度明显。因此，北京地方标准《建筑基坑支护技术规程》（DB11/）强调当放坡或土钉墙支护的高度（h1）大于基坑总深度的1/2时，应考虑桩(墙)顶部以上土体与桩(墙)支护结构间的相互影响，即计算出桩顶或墙顶平面以上的水平荷载的合力（图32.2.3cdfbf部分），将该合力换算为作用在桩顶或墙顶到基底范围内的倒三角型分布荷载部分。同时应严格控制桩（墙）顶部的水平位移。
4、勘察报告的使用与参数选取
使用勘察报告时，首先查明勘察时的工程地质和水文地质条件是否与实际施工时相符，有无影响或变化因素。同时设计选取的钻孔地质柱状图或地质剖面应具有代表性，当地质条件复杂时，应当沿基坑周边划分多个有代表性的计算剖面。在设计选取力学参数指标时，一定要注意试验方法对参数以及计算结果的影响并应考虑水及工程活动（扰动）对参数的影响后合理选取。同时,应将抗剪强度指标与土的其它物理、力学参数（包括室内、原位试验）的进行对比分析，判断计算采用的抗剪强度指标的可靠性与合理性，防止误用。当抗剪强度指标与其他物理力学参数的相关性差，或岩土勘察资料缺少可靠数据时，应结合类似工程经验和相邻、相近场地的岩土勘察数据通过可靠的综合分析判断后合理取值。对于非饱和土,由于其具有不同程度的吸力及负孔隙压力，由此产生吸附强度并形成表观凝聚力，当这种土的含水量和孔隙比发生变化时，其吸力发生变化，吸附强度也随之变化。当土体饱和时，吸力及负孔隙压力消失，表观凝聚力随之丧失，土的抗剪强度急剧降低。这一特性恐怕是大雨、邻近地下水管渗漏等水患导致基坑边坡变形增加、支护结构破坏、边坡失稳等基坑事故的主要原因。目前测定抗剪强度指标的室内常规试验主要进行原状土(非饱和土)的直剪试验(不能测定非饱和土的吸力)，所求得的凝聚力实际包含有真凝聚力c和各种不同来源的表观凝聚力，其中真凝聚力c的数值很小，而吸附强度的数值大却是不稳定的。例如有些地区的勘察报告中，普通粘性土、粉土的凝聚力值有时可大达60～kPa，怀疑“表观凝聚力”占有较大的份额。因此，若有十分的把握基坑不会遇到各种水的影响，则可充分利用“表观凝聚力”以节约工程费用。否则，需充分考虑“表观凝聚力”减小甚至丧失后基坑的安全，建议在此类情况下，基坑支护设计计算选用抗剪强度指标时，需对勘察报告提供的土的凝聚力建议进行折减。
5、基坑支护结构计算软件的应用
目前基坑支护设计计算的商业软件众多，软件可代替传统的手算，又解决了手算无法实现的复杂计算问题，给岩土工程师设计计算提供了方便。但是，当前基坑工程领域有过分依靠软件的倾向，惟软件是从，常常会得出一些啼笑皆非、不合常理的结果来。30年前，同济大学俞调梅教授曾对电子计算机的作用提出了不要“Garbageinto,garbageout”的警世名言。俞教授认为输入计算机运算的数据是至关重要的,如果输入的数据没有工程意义，即使计算机再精确,输出的结果也是垃圾,没有任何工程意义。而输入的数据是否具有工程意义，与岩土工程师的基本理论、工程经验、综合判断有关。
此外，目前众多的基坑支护设计商业软件良莠不齐，其中有些软件还存在着错漏，设计时也常常发现不同的软件其计算结果不同，这就更加需要岩土工程师具有一双火眼金睛，而这双眼睛的炼成，大概需将岩土理论置于工程实践的八卦炉中煅烧，不过七七四十九天是远远不够的。
下面列举笔者在实际工程中遇到的一些软件应用方面的问题。
（1）支护结构明显不合常理的水平位移
锚拉式或支撑式支挡结构的设计计算书中，有时出现如下所述的水平位移明显不合常理的情况。设计采用弹性支点法计算支挡结构的内力和位移，计算结果显示，护坡桩（或墙）顶部的水平位移为向基坑外几个厘米。众所周知，当挡墙的位移方向朝向土体时，墙后土体对挡墙的作用将向被动土压力发展，不太可能发生如此之大的位移(向基坑外有微小的位移是可能的)，而且大量的工程实测表明，支护结构的顶部位移一般都是朝向基坑内的。因此，上述的计算结果既与土力学的基本概念相悖，也不符合工程实际。出现这种情况，有可能是计算软件本身的缺陷，也有可能是岩土工程师的不求甚解。
（2）不合理的预应力锚杆长度
试验表明，工程中常用的拉力型锚杆受力时，锚固体与土体的粘结应力沿锚固段全长的分布是很不均匀的。能有效发挥锚固作用的粘结应力分布长度是有一定限度的，亦即平均粘结应力随着锚固长度的增加而减少。当锚固段长度超过一定值后，土体与锚固体的粘结强度将不能在锚固段长度范围内同时发挥，此时增加锚固长度对锚杆承载力的提高极为有限，甚至可以忽略不计。因此，锚杆锚固段存在一个合理、经济的长度范围。
而在一些工程中，拉力型锚杆的锚固段设计长度达到20～30m甚至更大，如果这些锚杆的承载仍然按照土体的粘结强度充分发挥计算，恐怕要高估承载力而使得设计偏于不安全。
（3）钢绞线截面面积计算错误
某软件在计算Φs15.2钢绞线的抗拉承载力时，用钢绞线的公称直径(钢绞线外接圆直接)计算截面面积，进而计算钢绞线的抗拉承载力如下（以单根为例）：
而Φs15.2钢绞线的公称截面面积为mm2，实际的抗拉承载力为N，为该软件计算值的76.6％。上述计算犯了照猫画虎的错误。若设计人员缺乏专业的基本概念，不假思索，未能及时发现错误，采用上述数据会导致多么严重的后果。
（4）构件的计算内力与承载力相差悬殊
挡土构件弯矩计算值很小，而实际的截面受弯承载力却很大(截面尺寸大或配筋大)；或者相反，挡土构件弯矩计算值很大，而实际的截面受弯承载力却很小。以上计算弯矩和截面承载力极不匹配的情况的出现，说明设计人员具有一定的工程经验，已经意识到了软件计算结果的问题，但未从根本上加以纠正，让人无法判断此等设计方案的安全性和合理性。
（5）土钉墙整体稳定计算时确定滑动面的错误
某基坑设计方案在计算土钉墙整体稳定时，先计算天然土坡整体稳定的滑动面及安全系数，然后将天然土坡的最危险滑动面作为计算土钉墙边坡整体稳定时的最危险滑动面，土钉墙边坡的最危险滑动面并未因土体中设置土钉(锚杆)而改变，这种以不变应万变的做法显然是错误的，设置土钉(锚杆)后，整体失稳的最危险滑动需考虑土钉(锚杆)的作用重新进行搜索。将天然土坡的最危险滑动面作为土钉墙边坡的最危险滑动面，高估了土钉墙的整体稳定性。
6、双排桩支护结构的构件设计
双排桩支护结构是由相隔一定间距的前、后排桩及桩顶连梁构成的刚架结构。双排桩刚架支护结构中的桩与其它支挡式结构中的桩，受力特点有本质的区别。锚拉式、支撑式、悬臂式结构中的护坡桩，在水平荷载作用下只产生弯矩和剪力，且桩顶弯矩为零(或很小忽略不计)。而双排桩刚架结构，由于其刚架的受力特点，在水平荷载作用下，桩的内力除弯矩、剪力外，轴力不容小视，而且桩顶弯矩较大，其符号与桩身弯矩相反(图32.2.6)。前排桩的轴力为压力，后排桩的轴力为拉力。此外，正如普通刚架结构对相邻柱间的沉降差非常敏感一样，双排桩刚架结构前、后排桩沉降差对结构的内力、变形影响很大。
鉴于双排桩支护结构的上述受力特征，设计时除要建立科学合理的计算模型外，以下几方面值得注意。
（1）双排桩的桩身内力有弯矩、剪力、轴力，以受弯为主，需按偏心受压、偏心受拉构件进行截面承载力计算，设计、构造应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB的有关规定。
（2）双排桩结构桩顶连梁的跨高比一般较小，应根据其跨高比判断属于普通受弯构件或深受弯构件。在根据《混凝土结构设计规范》GB判别连梁是否属于深受弯构件时，可按照连续梁考虑。连梁的内力有轴力、弯矩、剪力，以受剪为主，其截面设计、构造应符合该规范的有关规定。
（3）双排桩结构桩顶与连梁的连接按完全刚接考虑，其受力特点类似于混凝土结构中框架顶层，因此，该处的节点构造应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB对框架顶层端节点的有关规定。尤其，桩与连梁受拉钢筋的搭接长度不应小于1.5la（la为受拉钢筋的锚固长度）。
（4）双排桩结构的前排桩桩端宜处于桩端阻力高的土层。采用泥浆护壁灌注桩时，施工时的孔底沉渣厚度不应大于50mm，或应采用桩底后注浆加固沉渣。
7、内支撑结构的概念设计及荷载组合问题
周边环境复杂、地质条件复杂、软土地基等条件下的基坑，内支撑结构选型时，应选用平面或空间的超静定结构。设计时需考虑地质条件的复杂性和基坑开挖步序的变化而出现的偶然状况，在设计上采取必要的防范措施。并需考虑支护结构个别构件的提前失效而导致荷载作用位置的转移，并宜设置必要的赘余支撑。支撑体系的竖向布置，需保证在任何工况下，支撑结构与挡土构件之间(如腰梁与护坡桩之间、腰梁与地下连续墙之间)不出现拉力。基坑尺寸较大或者温差较大时，内支撑结构需考虑温度应力的影响，并需加强节点强度。立柱桩的设计，需预测立柱受荷后的沉降量、基底回弹及隆起造成的上抬量，并需考虑此等立柱竖向位移对支撑结构受力、稳定的不利影响。
内支撑结构分析时需进行荷载组合，荷载组合至少需要考虑基坑挖土顺序的不同、基坑四周岩土条件差异及附件荷载差异、各个部位开挖深度的不同等因素，求得各种支撑构件的最不利内力，按最不利内力进行截面设计。
8、设计文件编制中的一些问题
基坑设计文件应注明设计使用年限。在设计文件中注明的设计依据，不能机械地照搬照抄，只需列出与本设计密切相关的资料、标准和规定，一些关系不大甚至毫无关系的标准不应罗列其中，更不应出现已过期的标准。基坑周边环境条件，应在设计文件中通过文字和绘图描述清楚，同时要明确设计时基坑周边环境条件控制的原则及设计重点。在描述地质条件时，地层简单且分布稳定时，可绘制一个地质条件概化剖面，对于地层变化较大的场地，宜沿基坑周边绘制地层展开剖面图，图中标明基坑支护设计所需的各有关地层物理力学性质参数如：γ、с、φ、k等。在编制计算书时，要熟悉不同计算软件的适用条件及特点，检查计算工况是否与实际设计、施工工况相符，不得人为修改原始数据和计算结果，以保证计算书的完整和真实。当支护结构的锚杆或临时支撑需要在地下结构的施工过程中拆除时，地下结构应能形成可靠的替换支撑，并对锚杆或临时支撑拆除及地下结构形成支撑作用后的各工况分别进行结构计算。在绘制施工图时，应将基坑工程施工内容通过图纸及相应的文字表达，施工图应清晰、全面、正确、规范，图纸除设计者签章外，尚需至少“二审（审核、审定）一校对”并签章。
基坑工程的目的除满足基础结构安全施工外，就是要保护基坑周边环境安全和正常使用。如果环境条件不清楚，则支护结构设计既无的放矢，也缺乏可行性。基坑周边环境条件包括建（构）筑物、道路及地下管线。建（构）筑物需要注明其重要性、层数、结构型式、基础型式、基础埋深、建设及竣工时间、结构完好情况及使用状况。道路需要注明其重要性、交通负载量、道路特征、使用情况。地下管线（包括供水、排水、燃气、热力、供电、通信、消防等）需要注明其重要性、特征、埋置深度、使用情况。环境条件复杂的，应当绘制环境平面图和剖面图。
9、支护设计与基坑周边使用条件
基坑周边使用条件是指基坑周边受开挖影响较大区域内的料场、临时设施、临时施工道路、塔吊、生活用水等地表水的排泄方式等，它们直接关系到基坑安全，却容易被设计者所忽视，因而造成基坑周边使用上的不便，甚至造成基坑坍塌事故。基坑工程施工完成后，交付总承包单位使用，由于施工用地紧张，总承包单位通常都要在紧邻基坑的区域布置临时施工道路、堆料场及加工场，建设临时设施，安装塔吊等，如果基坑工程设计施工单位在编制施工方案时没有考虑这些因素，就容易造成基坑边坡超载，留下安全隐患。
该方面应当注意的问题是，基坑工程设计施工单位在编制方案之前，应当与总包单位协商，了解基坑周边的用途，合理确定基坑边坡的超载值及生活用水等地表水的排堵方式等。基坑工程交付总包时，应当提供基坑工程使用说明书。
10、设计应考虑正常施工偏差对工程质量的影响
基坑工程中，施工偏差对工程质量、安全的影响有时是致命的，如帷幕施工偏差过大导致截水帷幕搭接不好产生渗漏，护坡桩因施工偏差过大而侵占主体地下结构施工空间，锚杆施工偏差过大时不利于钢腰梁、锚具垫板受力，支撑构件施工偏差过大使得偏心弯矩增大，等等。但是，是施工就存在偏差，正常的、合理的偏差，设计阶段应该加以充分的考虑。
（1）截水结构单元的设计搭接长度
咬合式排桩、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法施工的截水帷幕，是由先后施工的一个个截水结构单元(单根桩)相互咬合搭接形成的。每根桩施工时均存在偏差，包括桩位偏差和垂直度偏差。国家相关技术标准规定，桩位允许偏差一般为50mm，垂直度允许偏差一般为0.5％～1％。那么考虑施工的正常偏差以及偏差的叠加效应，截水结构单元的设计搭接长度为：
式中
Ld――截水结构单元设计搭接长度；
Le――截水结构单元有效搭接长度，一般取～mm；
w1――桩位允许偏差，一般为50mm；
w2――垂直度允许偏差，一般为0.5%～1%；
dp――截水结构单元从施工作业面起算的深度。
按照上式确定设计搭接长度，在施工偏差符合规定的情况下，可确保截水结构任意位置处的有效搭接长度。如果设计搭接长度不够，就可能因施工偏差导致帷幕出现“开裆口”，产生渗漏。
（2）支护结构施工偏差对主体地下结构施工空间的影响
支护结构向基坑内的偏移缩小了主体地下结构的施工空间，基坑设计进行支护结构平面布置时，必须考虑正常的施工偏差，尤其当用地紧张、支护结构给地下结构预留的施工空间较小时。例如北京某工程，设计未充分考虑支护结构施工的可行性、各种正常的施工偏差及偏差带来的后果，基坑开挖后发现，虽然施工偏差在规范的允许范围内，但部分支护结构（微型桩、护坡桩）已侵占了地下结构空间。施工时强行截断微型桩、剔凿护坡桩，给基坑带来安全隐患。
（3）支撑构件的安装误差
基坑支护内支撑结构中，有大量的受压构件，这些构件在施工过程中都有偏差，这些偏差导致受压构件产生偏心，设计时必须加以考虑。
（4）锚杆上下位置偏差与钢腰梁间距、锚具垫板尺寸的关系
组合型钢腰梁中双型钢之间的净间距尺寸，必须满足锚杆杆体能够顺直穿过腰梁，因此它与锚杆孔位在垂直方向的偏差有关。国家相关技术标准规定，锚杆孔位垂直方向的允许偏差为50mm，考虑到孔位偏差的随机性，那么双型钢之间的净间距应不小于2×50mm＝mm。双型钢之间的净间距又关系到锚具垫板的尺寸及厚度。双型钢之间的净间距越大，即垫板的跨度越大，为保证垫板刚度，需有较大的垫板厚度。因此，设计需充分了解施工细节，使得设计符合实际、合理可行。
11、局部预应力锚杆与土钉联合支护的构造技术措施
当基坑开挖深度较深、基坑侧壁土质较差，可在土钉支护中局部采用预应力锚杆与土钉的联合支护方法，以控制基坑侧壁水平位移，增强基坑侧壁的稳定性。目前，由于预应力锚杆与土钉联合支护其作用机理较为复杂，对此认识还不十分深入，只能根据以往理论研究、工程实践与实测分析，综合在构造及定性（概念）设计角度采取技术措施。由于土钉墙支护侧壁变形一般均为中部鼓出型（支护深度较大时），因此预应力锚杆建议宜设置在加固侧壁的中部，同时为了充分发挥预应力锚杆限制侧壁水平变形的作用，减少预应力锚杆与邻近土钉的相互削弱影响，建议锚杆间距宜保证一定的间距，其竖向间距宜为原土钉间距的2~3倍，并应比常规设计相应位置处土钉长度长0.35倍以上。
12、基坑开挖方案设计
基坑开挖前，应根据工程的结构形式、基础设计深度、地质条件、气候条件、周围环境、施工方法、施工工期和地面附加荷载等有关资料，进行基坑开挖方案设计。基坑开挖方案设计是基坑支护工程设计的重要组成部分。基坑开挖方案内容主要应包括开挖方法、开挖时间、土方开挖顺序、坡道位置设定、运输车辆行走路线、开挖监测方案，以及对支护结构及周边环境需采取的保护措施等。尤其对于软土地层中基坑开挖，需充分利用时空效应原理分层、分块、对称、均衡开挖，严格控制无支撑暴露时间，严格限制每层开挖厚度，并要避免土方开挖引起坑内已施工桩的偏移。
此部分应注意的问题是基坑开挖方案既是支护设计的重要依据，又是指导基坑开挖的设计文件，施工中必须严格执行。一旦实际开挖方案必须作重大调整，必须经设计人员复核计算工况、认可后方可实施。
13、设计应提出监测与质量检测要求
基坑设计应提出明确的监测要求，包括监测项目、观察周期、变形报警值、变形控制值、注意事项等。基坑侧壁变形控制值（应与设计控制条件原则一致）依据基坑周边环境、工程地质及水文地质条件及支护结构特点合理确定。基坑监测项目的监控报警值应根据监测对象的有关规范要求、设计要求和工程经验及既有监测对象现状拟定，并应结合现场监测成果的分析综合判定。
质量检测是评价基坑工程施工质量的重要手段。现行的基坑工程技术标准中，对质量检测均有明确规定，但是，也许是缘于基坑工程的临时性以及监督管理人员的专业局限等因素，当前的基坑工程中，严格按照规范进行质量检测的寥寥无几，使得一些不合格的分项工程蒙混过关，这也是基坑工程事故频发的原因之一。因此，基坑设计文件应对支护结构、截水结构的质量检测提出明确的要求。现行的基坑工程技术标准对质量检测的规定是原则性的，设计需根据工程的具体特点提出有针对性的质量检测要求，以使检测能够真正起到评价工程质量、发现隐患的作用。尤其支护结构中的重要构件或易出现质量问题的构件，质量检测工作需更加重视。如锚杆、土钉等，其施工质量与土层条件、地下水条件、施工工艺、人员素质、管理水平等多种因素有关，那个环节处理不当均易导致质量缺陷，而且，当前的锚杆、土钉抗拔承载力检测，由于设计人员或检测人员未深入了解其受力机理，有时试验高估了锚杆、土钉在实际工作状态下的承载力，给基坑支护带来不安全的因素。
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