超高層建筑基坑支護(hù)方案的決策系統(tǒng)模型應(yīng)用分析

任宏 何強(qiáng) 鐘國(guó)益

摘要：在超高層建筑中，基礎(chǔ)工程對(duì)整個(gè)建筑物的安全和壽命有舉足輕重的影響，與一般建筑物基礎(chǔ)不同，超高層建筑基礎(chǔ)已被構(gòu)成地下空間的地下室和深大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所代替，而基礎(chǔ)施工通常要進(jìn)行基坑支護(hù)。據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的統(tǒng)計(jì)和研究，超高層建筑基礎(chǔ)工程的造價(jià)和工期大約占建筑的土建總造價(jià)的三分之一左右，因此，對(duì)節(jié)約基礎(chǔ)成本來(lái)說(shuō)，迫切需要加強(qiáng)對(duì)基坑支護(hù)方案決策系統(tǒng)的研究。本文基于層次分析法建立支護(hù)方案決策系統(tǒng)模型，在“質(zhì)量好，工期短，經(jīng)濟(jì)效益好”的原則下，主要對(duì)基坑支護(hù)方案的安全性，可靠與便捷性和經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行分析論證。

關(guān)鍵詞：深基坑支護(hù)；決策支持系統(tǒng)；層次分析法

The Application Analysis on the strategy system model of foundation supporting scheme of the super high-rise building

REN Hong , HE Qiang，ZHONG Guo-yi

（ Construction management and real estate institute， Chongqing University，Chongqing，China，400045 ）

Abstract：The foundation engineering is of great importance to the security and life for the high-rise buildings .Different from the common building foundation , the high-rise building foundation has been substituted by underground rooms and the deep huge foundation structures ,while the foundation building usually needs retaining pit .According to the statistics and the research of the inside and abroad scholars ,the cost and period of it account for one third more or less of the whole construction estimate .So as a matter of saving costs , its urgent to strengthen the research of the model . This paper, based on the analytic hierarchy process to constitute a support scheme decision-making system model , is to demonstrates the security , reliability , convenience and economic rationality of the foundation pit supporting scheme , in the principle of “high quality , short construction ,good economic benefits .

Key words：Foundation pit supporting, Decision Support Systems, Analytic hierarchy process

1．深基坑研究的歷史背景及研究意義

深基坑工程在我國(guó)廣泛應(yīng)用與研究開始于80年代初，由于我國(guó)人口眾多，為了節(jié)約土地，從80年代初開始大量興建高層建筑同時(shí)采取措施充分利用城市地下空間，這樣也就帶來(lái)了大規(guī)?；庸こ痰拈_挖與支護(hù)，來(lái)為地下工程建筑提供必要的安全環(huán)境 [1]。

超高層建筑的迅速興起，促進(jìn)了深基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的基坑支護(hù)方案成為確保施工質(zhì)量和保證施工安全和節(jié)約成本的重要工作。深基坑工程主要包括基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)、施工和土方開挖，它是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，因此，它與工程場(chǎng)地地質(zhì)勘查、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工開挖、基坑穩(wěn)定、降水、施工管理、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、相鄰場(chǎng)地施工相互影響等密切相關(guān)，具有很強(qiáng)的區(qū)域性和很強(qiáng)的個(gè)體性，其支護(hù)體系承受的土壓力又具有較強(qiáng)的時(shí)空效應(yīng)。由于深基坑工程設(shè)計(jì)與施工的復(fù)雜性，不確定影響因素眾多，工程事故仍然時(shí)有發(fā)生，尤其當(dāng)基坑開挖到一定深度基坑的安全性更難以控制。

因此，對(duì)基坑方案做一個(gè)系統(tǒng)的深入的研究，對(duì)于保護(hù)待建工程周圍已有建筑物和公用設(shè)施等的安全，對(duì)于節(jié)約建造成本，對(duì)于高層建筑基礎(chǔ)的順利施工等都有重要的意義。

2．深基坑研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

基坑工程是一個(gè)古老且具有劃時(shí)代特點(diǎn)的綜合性的巖土工程課題，圍繞基坑工程的方案選擇和優(yōu)化問(wèn)題，工程技術(shù)和研究人員開展了大量的研究工作。20 世紀(jì)40 年代，Terzaghi和Peck等人就已經(jīng)開始研究基坑工程中的巖土工程問(wèn)題并提出了預(yù)估挖方穩(wěn)定程度和支撐荷載大小的總應(yīng)力法， 60年代在奧斯陸和墨西哥城軟黏土深基坑中使用儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，此后大量的實(shí)測(cè)資料提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，并從70 年代起產(chǎn)生了相應(yīng)的指導(dǎo)開挖的法規(guī)[2]。在后來(lái)的時(shí)間里，世界各國(guó)的許多學(xué)者都投入研究，并不斷地在這一領(lǐng)域取得豐碩成果，提出了許多優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，如數(shù)值計(jì)算方法（如有限元），反分析方法，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)方法（如層次分析法）等，且已逐漸被應(yīng)用至基坑工程實(shí)踐中。特別是采用層次分析方法在深基坑支護(hù)系統(tǒng)方案優(yōu)選中有成功的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)眾多單位和學(xué)者也嘗試著采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如智能軟件包的應(yīng)用。

一直以來(lái)，有兩個(gè)方面問(wèn)題一直難以解決，一方面由于設(shè)計(jì)安全度不足而造成基坑失穩(wěn)事故的比例較大，另一方面由于設(shè)計(jì)過(guò)于保守而又造成很大的浪費(fèi)。唐業(yè)清等曾對(duì)103 項(xiàng)深基坑工程事故的原因進(jìn)行調(diào)查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，其中由于深基坑設(shè)計(jì)失誤、水處理不當(dāng)、結(jié)構(gòu)和基坑失穩(wěn)事故，占總事故的80 %，其所造成的經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)嚴(yán)重[3]。經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，我國(guó)在解決基坑支護(hù)研究方面也取得很大的進(jìn)步，比如，從支護(hù)設(shè)計(jì)理論從最初的強(qiáng)度控制與穩(wěn)定分析的粗略設(shè)計(jì)到近些年提出的變形控制設(shè)計(jì)，比較有效的解決了上述問(wèn)題。同時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式也越來(lái)越多樣化。

3．深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)常用形式選擇

由前文介紹可知，深基坑工程越來(lái)越多，且復(fù)雜程度也在增加，因此，圍繞深基坑的開挖與支護(hù)已成為當(dāng)前高層住宅建筑基礎(chǔ)工程中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。基坑開挖可分為無(wú)支護(hù)開挖和支護(hù)開挖。無(wú)支護(hù)開挖也就是放坡開挖，常用于深度不大且土質(zhì)較好的基坑，應(yīng)是施工條件允許時(shí)首選的開挖方式。而支護(hù)開挖常用在施工場(chǎng)地不具備放坡開挖條件或放坡開挖技術(shù)經(jīng)濟(jì)上不合理時(shí)采用的。目前，高層建筑常建設(shè)在市區(qū)，因此，待挖基坑多是較深且場(chǎng)地狹窄，不具備放坡開挖條件，需要采用支護(hù)開挖。 常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式如下表1所示。

表1 常見(jiàn)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式及對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)