深基坑支護工程優化設計

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摘要:深基坑支護工程涉及的影響因素較多，支護類型多種多樣，需要結合工程實際情況對施工方案進行比對優化設計，結合工程實例從系統優化的理論出發，編制深基坑支護系統優化分析程序進行分析研究。

關鍵詞:深基坑;組合方案;優化設計

隨著經濟建設的快速發展和人們生活水平的不斷提高，近年來，我國的各類建筑得到了迅猛的發展，基坑工程的規模不斷增大，開挖的深度也越來越大，但是由于深度較大的基坑往往都是在城市中心，建筑物比較稠密、地下管線很復雜，沒有足夠的空間提供放坡施工的需要，所以常采用在支護結構保護下的垂直施工方法。目前，支護類型非常多，選擇合理的支護型式，需要對深基坑支護工程方案進行優化設計。

1深基坑支護設計現狀

當前深基坑支護工程設計中存在的問題主要體現在以下幾個方面：①巖土施工中的深基坑支護設計參數在選擇上不合理。尤其是對于一些工程項目地質情況較為復雜的項目區域，地質條件復雜、支護的深度較大使得這一偏差越來越大，如無法對巖土施工中的深基坑支護所承受的土壓力進行準確的計算則會使得巖土施工中的深基坑支護的安全性大大折扣。②在巖土施工中的深基坑土體取樣代表性不強。在巖土施工中的深基坑土質取樣中采取的是對項目地的土質進行隨機取樣，但是由于巖土施工中的深基坑土質的復雜性及土質的不均勻性使得采樣所取得的土質數據與項目現場實際情況之間存在著一定的偏差。③對巖土施工中的深基坑開挖的空間效應考慮較少。以往所采用的巖土施工中的深基坑支護在設計時是根據平面應變問題來進行設計的，其能夠適應于細長型的巖土施工深基坑支護，但是在應用于長方形的深基坑支護時則無法取得良好的支護效果，因此在巖土施工中的深基坑支護中需要在平面應變進行設計的基礎上，對巖土施工中的深基坑支護結構進行一定的調整，以使其能夠滿足深基坑挖掘的空間效應的要求，確保巖土施工中的深基坑支護的安全性與可靠性。

2深基坑支護工程方案推理機制分析

深基坑支護工程方案推理機制的建立主要包括以下內容：①基坑支護工程組合方案設計，深基坑開挖與支護工程方案種類繁多，各方案的相互匹配可演變出多種整體支護方案和細部結構設計方案。根據各種施工方案的不同特點，對施工方案分類組合，支護方案分類見圖1，按可能存在的施工方法構成100余種組合方案供系統篩選，例如代碼101、201、301、401、501、601為單排懸壁式透水結構的人工挖孔樁，其余類推；②基坑支護工程系統組合方式及流程，從系統優化理論出發，對支護工程系統中涉及的因素歸類，劃分相應的研究層次，每個層次劃分為若干個既相對獨立又相互關聯的子系統，系統運行初級子系統所獲得的結果作為二級子系統的輸入量或邊界條件，由此系統進入二級優化，依此類推，直至整個系統優化分析過程的完成。一般說，構成基坑支護系統的第一級要素由支擋結構體、降排水與土方開挖3者構成；③基坑支護方案的確定，基坑支護設計工作主要采用的是直徑較大的鉆孔灌注樁，結合鋼筋混凝土作為支撐的支護設計。能夠較好產生止水效果，根據地質實際狀況進行現場監測，搜集相應的參考數據，歸納分析數據特點，不斷地滿足深厚飽和軟土區基坑支護設計的要求，實現結構受力均衡，有效的避免事故的發生。對基坑進行分段支護結構設計，確定各分段鉆孔灌注樁規格，基坑支護結構的選型要充分地考慮到挖深、樁徑、樁間距、嵌固深度以及配筋數量等；④基坑設計計算分析，基坑支護方案設計計算主要采用的是彈性法，能夠對不同土層面進行計算，計算結果將會顯示基坑支護整體的穩定結構特點，對比《建筑地基基礎設計規范》將會充分地了解到安全系數，在進行基坑支護水平位移最大限度監測的時候，主要是通過拋物線法對地表沉降情況進行確定，能夠獲取到最大數值的差異，要將最大數值控制在《建筑基坑工程監測技術規范》（GB50497-2009）的要求。

3基坑支護工程優化設計

3.1工程實例概述

該商業樓初步設計方案打算建設在地下1層，基坑設計的深度約為5.1m，相關配套設備的地下2層深度約為1層深度的2倍。正在使用的地鐵站位于2條路的交叉口位置。車站主體外包尺寸為152.3m×17.6m，車站底板深度約16.5m，設計方案中預留的出入口的深度與2層地下設施的設計深度保持一致。交叉的2條道路均為主要干道，配備有相關的居民日常生活中常用的配置設施。其中，受商業樓基坑施工影響較為明顯的居民配套設施為預留的雨水管，其施工建設的深度在3m左右。管底距出入口頂板較近，容易遭受到預留出入口在后續施工過程中對其造成的影響。

3.2設計方案的分析與優化

①圍護樁墻、支撐的設計參數之間的比較。為了滿足設計及計算的信息要求，根據相關規范對基坑穩定性、圍護樁墻強度及變形控制等方面的要求，按照實際施工要求及建筑物的基本特征和功能需求設定好圍護墻的各個參數。②模型的維度、尺寸以及相關參數。考慮到邊界對現有建筑物的影響，統一將模型的邊界確定為結構邊界外側25m。土體采用D-P方式進行施工，并在初始應力狀態分析及開挖過程模擬階段對土體賦予不同的彈性模量，圍護結構、各層結構板和市政管線采用線彈性板單元進行模擬應用，內支撐結構采用線彈性梁單元模擬。③計算結果。基坑的最大水平位移出現在基坑底面以上接近坑底的部位，與基坑圍護樁墻優化分析時常采用的Winkle地基梁法算得的圍護墻體變形具有相同的規律。在對基坑施工完成之后，既有預留出入口上方雨水管的變形小于其相鄰兩側區域，源于該處水管底部距出入口頂板距離近，而出入口結構沉降小，對雨水管具有類似結構基礎的承托作用。為降低基坑施工時該區域水管因較大差異沉降而增加的水管損傷風險，雨水管敷設施工時，已在預留通道兩側各設置1座檢修井以增加管線對地層沉降的適應能力。地鐵車站的底板變形呈現在近基坑開挖一側較大，往遠處逐漸減小的特征。其中，平面上位于既有預留出入口區域的變形梯度較大，原因為計算模型與所模擬的實際結構具有差異性。

3.3結果分析

通過上述方案的對比分析得出，方案1受到的環境影響較方案2、方案3大，但仍可滿足周邊建、構筑物的保護要求，特別是運營地鐵的安全要求。商業基坑雖然說在設計及施工中面臨開挖面積大、與地鐵車站及管線的平行段長度長等諸多問題，但基坑與車站平行段間的水平凈距位于基坑開挖的顯著影響區以外，區基坑與車站既有預留通道的銜接段，基坑的主要變形為橫斷面方向，即平行于地鐵車站的方向，且基坑沿深度方向設置3道內支撐體系，由此對車站的直接影響較小；地鐵車站底板埋深大于本基坑的底板深度客觀上符合相鄰基坑開挖“先深后淺”的基本原則。同時，車站圍護墻底的深度較大，對地層位移具有一定的隔斷效果。因此，在具體的施工進行之前，優先選擇方案1具有很高的商用價值和實踐意義，值得各個相關單位關注和采納。

4結束語

綜上所述，需要結合深基坑支護工程施工經驗結合工程建設目標的設定建立方案推算比較機制，對編制的施工方案進行比較分析，最終選出最佳的施工方案，保證符合技術要求，滿足施工質量。

作者:楊政舉 單位:貴州省地礦局112地質大隊

參考文獻

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2王永鵬，楊雙鎖，于洋，等.漫灘地層深基坑穩定性特征機理及支護方案研究.施工技術，2016，45（19）

3陳宇.深基坑工程支護結構設計及優化方法研究.低碳世界，2016，11（14）