岩土工程深基坑支护工程设计理论与实践相结合研究

岩土工程深基坑支护工程设计理论与实践相结合研究

李果遥

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上海长凯岩土工程有限公司

摘要：在现代城市化进程中，岩土工程中的深基坑施工日益频繁，其支护工程设计的科学性和实用性显得尤为重要。本文旨在探讨深基坑支护工程设计的理论与实践相结合的策略，以期提升工程的安全性、经济性和环境友好性。

关键词：岩土工程；深基坑支护工程；设计理论；实践相结合；

一、引言

在日益繁华的都市中，大型建筑如雨后春笋般拔地而起，它们的生长离不开深基坑的挖掘，这是建筑地基形成的关键工序。然而，深基坑的开挖伴随着巨大的土体位移风险，可能会对周边环境、既有建筑甚至地下设施产生严重影响。为了确保基坑开挖过程的安全和稳定，岩土工程中的深基坑支护技术显得尤为重要。深基坑支护工程，如同建筑的护盾，既保护地下结构免受外部环境影响，又为地面活动提供安全保障。本文旨在深入探讨深基坑支护工程设计的理论与实践融合，以期提升我国深基坑支护技术的科学性、安全性和经济性。

深入研究这些问题的解决策略，就需要我们关注当前深基坑支护技术的最新进展，结合理论研究与实践案例，探索有效的设计方法和施工技术。本研究将系统梳理国内外深基坑支护工程的设计理念，分析不同设计方法的优缺点，借鉴成功案例的经验，同时，针对存在的问题进行深入剖析，并尝试提出针对性的改进措施。

二、深基坑支护工程设计理论

深基坑支护工程设计是岩土工程中一项复杂而关键的任务，它涵盖了土力学、结构工程、地质学等多个学科的知识，旨在确保基坑开挖过程中的稳定性，防止土体过大变形和坍塌，同时保护周边环境和地下设施的安全。设计过程中，工程师需要综合运用理论知识，结合工程实际情况，解决一系列技术难题。本节将深入探讨深基坑支护设计的基本理论，包括土压力理论、稳定性分析、支护结构设计原理等，为后续的实践案例分析提供理论基础。

土压力理论是支护设计的核心。在深基坑开挖过程中，坑壁受到由土体自身重量产生的侧向压力，称为主动土压力。当支护结构被施加外力后，土体的这种压力会减小，形成被动土压力。理解这两者的变化规律，对确定支护结构的设计参数至关重要。工程师通常采用库仑土压力理论或莫尔-库仑破坏准则来估算土压力，为支护结构设计提供数据参考。

稳定性分析是支护设计中不可或缺的环节。工程师通常采用极限平衡法、滑动面法等方法来评估基坑开挖后土体的稳定性。通过分析土体的剪切强度、地下水位影响等因素，预测可能发生的滑动面位置和形状，从而确定支护系统的强度和刚度需求。同时，考虑地震、降雨等外界因素对稳定性的影响，进行风险评估，确保设计的安全性。

支护结构设计原理是将理论知识转化为实际工程方案的关键。常见的支护结构类型包括地下连续墙、深层搅拌桩、预应力锚索、土钉墙等。每种结构的设计都需考虑土体性质、基坑形状、开挖深度等因素，进行结构选型和参数优化。例如，地下连续墙适用于复杂地质条件，而土钉墙则在经济性和施工效率方面有优势。设计时还需综合考虑结构的耐久性、维护成本以及与周边环境的协调性。

随着科技的发展，新的设计理念和方法不断涌现。如吴西臣提出的“大坑化小、分区（段）设计、轻重结合、组合支护”理念，强调将大型深基坑分解为多个小的稳定单元，结合不同支护形式，寻求在结构强度与经济性之间的平衡。王键涛的“岩土结构化”设计方法则强调支护结构与土体的协同作用，通过优化支护结构与土层间的相互作用，提升整体的抗变形能力。

在实际工程设计中，这些理论和方法的运用往往需要结合现场的地质勘查数据和施工经验，灵活调整。同时，随着数值模拟技术的进步，有限元分析、三维地质模型等工具被广泛应用于支护设计，帮助工程师更精确地预测结构性能和土体响应，为设计决策提供更有力的数据支持。

三、深基坑支护工程实践案例分析

在北京某地铁站的深基坑施工中，由于遇到砂砾石层与软土层交互的复杂地质条件，设计团队采用了王键涛的“岩土结构化”设计方法，结合预应力锚索和深层搅拌桩，形成了一种新型的复合支护结构。这种设计既考虑了支护结构与土体的协同作用，也保证了在强荷载下的稳定性。通过现场监测和数值模拟，他们能够实时调整支护参数，确保了在施工过程中基坑的稳定性，同时也减小了对周边建筑物的影响。

四、深基坑支护工程设计理论与实践相结合的探讨

4.1 设计理论在实践中的应用与验证

在岩土工程深基坑支护工程中，设计理论的应用与验证是确保工程顺利进行和保障工程质量的关键环节。设计理论主要包括结构设计、岩土参数选取、支撑系统设计等方面。

在实践过程中，设计理论的应用主要体现在以下几个方面：结构设计：根据地质条件、基坑深度、周边环境等因素，选择合适的结构形式，如锚喷支护、支撑体系、地下连续墙等。

岩土参数选取：通过现场勘察、取样、试验等方法，获取岩土参数，如土体力学性能、地下水位等，为设计提供依据。支撑系统设计：根据基坑周边环境及地下管线分布，合理设计支撑系统，确保基坑稳定性和周边建筑物安全。在实践过程中，通过对设计理论的应用与验证，可以发现原有理论的不足之处，为后续优化提供依据。同时，实践结果也验证了设计理论的科学性和有效性，为今后类似工程提供了有益借鉴。

4.2 实践对设计理论的反馈与启示

实践过程中，反馈与启示是相互关联的。实践反馈指通过对工程实际运行情况的监测与分析，发现设计理论在应用中存在的问题；实践启示则是指从实践中总结出的有益经验，为设计理论的优化与发展提供指导。实践反馈：在深基坑支护工程实践中，发现部分设计理论在应用中存在以下问题：（1）岩土参数选取不准确，导致设计方案与实际工程情况不符；（2）支撑系统设计不合理，可能导致基坑变形过大或周边建筑物受损；（3）部分设计理论在应对复杂地质条件时，显得力不从心。实践启示：从实践中总结出的有益经验，为设计理论的优化与发展提供指导。例如：（1）加强现场勘察，精确获取岩土参数，提高设计方案的针对性；（2）根据周边环境及地下管线分布，优化支撑系统设计，确保基坑稳定性和周边安全；（3）针对复杂地质条件，引入新的设计理念和技术，提高设计理论的适应性。

4.3 设计理论与实践相结合的优势与不足

设计理论与实践相结合是岩土工程深基坑支护工程发展的重要趋势。其优势在于：提高工程质量：通过设计理论的指导，结合实际工程情况，制定合理的施工方案，有利于保障工程质量。降低工程风险：设计理论在实践中的应用与验证，有助于发现潜在风险，提前采取措施，降低工程风险。优化资源配置：设计理论指导下的实践，有利于合理配置人力、物力、财力等资源，提高工程效益。然而，设计理论与实践相结合也存在一定不足：理论更新速度慢：实践过程中，新技术、新理念不断涌现，而部分设计理论更新速度较慢，可能导致实践与理论脱节。实践经验不足：设计理论在应用过程中，可能面临复杂地质条件、特殊工程需求等情况，此时实践经验显得尤为重要。缺乏实践经验可能导致设计理论难以发挥预期效果。理论与实践融合程度有待提高：在实际工程中，设计理论的应用与验证还需不断优化，以实现理论与实践的更好融合。

结束语

综上所述，深基坑支护工程设计中，理论与实践的结合是提升工程质量和效率的关键。通过理论指导下的实践，以及从实践中提炼的理论，我们可以不断优化设计，降低风险，节省成本。未来，随着科技的进步，我们期待更多创新性的设计理念和技术应用于深基坑支护工程，推动岩土工程行业的持续发展。在追求经济效益的同时，我们不应忘记环境保护的重要性，以实现深基坑支护工程的可持续发展。

参考文献

[1]于海朋. 岩土工程深基坑支护工程设计理论与实践相结合研究[J]. 工程建设与设计, 2024, (07): 74-76.

[2]周燕君. 矿山岩土工程深基坑支护工程设计理论与实践相结合[J]. 中国金属通报, 2024, (01): 219-221.

[3]舒宗妹. 岩土工程深基坑支护工程设计理论与实践相结合[J]. 西部探矿工程, 2022, 34 (06): 23-26+29.