基坑支護工程設計時,首先應當依據基坑深度、工程水文地質條件、環境條件和使用條件等合理劃分基坑側壁安全等級,然后綜合基坑側壁安全等級、施工、氣候條件、工期要求、造價等因素合理選擇支護結構類型。同一基坑的不同側壁可分別確定為不同的安全等級,并依據側壁安全等級分別進行設計。但當采用內支撐支護體系時,應以支撐兩側安全等級高的控制設計。
實際工程中,常常遇到這樣一種情況,擬建基坑距離既有地下結構物較近,基坑外的土體不再是連續的,由于地下結構物的存在以及它的遮攔作用,此種情況下支護結構上的土壓力不同于普通半無限連續土體的情況,產生土壓力的土體為支護結構與地下結構物之間的有限土條。在相同的土層條件下,有限范圍土體的土壓力小于普通半無限連續土體的土壓力。但是,需要注意的是,有限范圍土體中的部分或全部可能是既有地下結構物施工時的回填土,必須引起重視。當臨近基坑的建筑物基礎低于基坑底面時,且外墻距支護結構凈距 b 小于 h×tg(45°- φk/2)時,有限寬度土體作用在支護結構上任意點的水平荷載標準值 e ak 可基于極限平衡原理進行計算。
基坑上部采用放坡或土釘墻,下部采用排樁或地下連續墻時的土壓力計算針對基坑上部采用放坡或土釘墻、下部采用排樁或地下連續墻的組合支護型式,在實際設計計算中往往不考慮樁(墻)頂部以上土體與樁(墻)支護結構間的相互影響而導致計算中低估上部土體對樁(墻)支護結構的作用效應、使計算結果偏于不安全。如將土釘墻部分的土層重力按作用在樁墻頂面的分布荷載考慮(常規方法)并按朗肯土壓力方法計算作用在樁墻上的水平荷載實際上是將樁墻頂部以上的土壓力人為的略去了一部分。通過不同基坑深度的實例試算,當上部土釘墻支護高度 h1 等于 0.5h 時(坡度 1:0.2左右),常規計算方法的計算結果與實際相比,土壓力小 5%~15%,zui大彎距小 5%~20%,第一排錨桿(錨桿設置在樁頂)拉力小 20%~60%。安全儲備隨放坡或土釘墻支護高度(h1)與基坑總深度的比值的增大而降低,特別當放坡或土釘墻支護的高度(h1)大于基坑總深度的 1/2 時,其降低幅度明顯。
使用勘察報告時,首先查明勘察時的工程地質和水文地質條件是否與實際施工時相符,有無影響或變化因素。同時設計選取的鉆孔地質柱狀圖或地質剖面應具有代表性,當地質條件復雜時,應當沿基坑周邊劃分多個有代表性的計算剖面。在設計選取力學參數指標時,一定要注意試驗方法對參數以及計算結果的影響并應考慮水及工程活動(擾動)對參數的影響后合理選取。同時,應將抗剪強度指標與土的其它物理、力學參數(包括室內、原位試驗)的進行對比分析,判斷計算采用的抗剪強度指標的可靠性與合理性,防止誤用。當抗剪強度指標與其他物理力學參數的相關性差,或巖土勘察資料缺少可靠數據時,應結合類似工程經驗和相鄰、相近場地的巖土勘察數據通過可靠的綜合分析判斷后合理取值 。對于非飽和土,由于其具有不同程度的吸力及負孔隙壓力,由此產生吸附強度并形成表觀凝聚力,當這種土的含水量和孔隙比發生變化時,其吸力發生變化,吸附強度也隨之變化。當土體飽和時,吸力及負孔隙壓力消失,表觀凝聚力隨之喪失,土的抗剪強度急劇降低 。這一特性恐怕是大雨、鄰近地下水管滲漏等水患導致基坑邊坡變形增加、支護結構破壞、邊坡失穩等基坑事故的主要原因。目前測定抗剪強度指標的室內常規試驗主要進行原狀土(非飽和土)的直剪試驗(不能測定非飽和土的吸力),所求得的凝聚力實際包含有真凝聚力 c 和各種不同來源的表觀凝聚力,其中真凝聚力 c 的數值很小,而吸附強度的數值大卻是不穩定的。例如有些地區的勘察報告中,普通粘性土、粉土的凝聚力值有時可大達 60~100kPa,懷疑“表觀凝聚力”占有較大的份額。因此,若有把握基坑不會遇到各種水的影響,則可充分利用“表觀凝聚力”以節約工程費用。否則,需充分考慮“表觀凝聚力”減小甚至喪失后基坑的安全,建議在此類情況下,基坑支護設計計算選用抗剪強度指標時,需對勘察報告提供的土的凝聚力建議進行折減。