深基坑工程支護(hù)方案優(yōu)化及應(yīng)用研究

秦苻瑛梁鵬

（中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司 四川 成都 610052）

深基坑工程支護(hù)方案優(yōu)化及應(yīng)用研究

秦苻瑛梁鵬

（中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司 四川 成都 610052）

通過對深基坑工程支護(hù)優(yōu)化設(shè)計的研究，提出了深墓坑支護(hù)設(shè)計的優(yōu)化方法及優(yōu)化步驟，將深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了分析，從而充分認(rèn)識到深基坑支護(hù)設(shè)計工作的重要性。

深基坑；支護(hù)；優(yōu)化

最近幾年，深基坑事故發(fā)生率逐年上升，特別是在沿海城市表現(xiàn)得更加明顯。根據(jù)相關(guān)的信息，深基坑工程的好壞會影響到周圍的建筑物，給國家?guī)硪欢ǖ慕?jīng)濟(jì)損失。由于設(shè)計方面相對保守，出現(xiàn)材料浪費的現(xiàn)象。在市場競爭逐漸增加的情況下，深基坑工程的支護(hù)要做到安全、穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)而且高效，所以說，優(yōu)化深基坑的設(shè)計將變得十分重要。

1　深基坑支護(hù)工程的概述

1.1深基坑支護(hù)方法的發(fā)展現(xiàn)狀

最初的深基坑支護(hù)方法在很多年前就出現(xiàn)了，當(dāng)時采取的方法主要是人工挖孔樁，伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)鋼板樁、地下連續(xù)墻、鋼筋混凝土預(yù)制樁、鉆孔灌注樁和深層攪拌樁機械等，以此來支撐結(jié)構(gòu)。到了20世紀(jì)80年代，發(fā)達(dá)國家在現(xiàn)有技術(shù)上引進(jìn)錨固技術(shù)，結(jié)合很多支護(hù)的形式結(jié)構(gòu)，如支撐錨、錨板、管錨、錨樁和墻壁錨等，這些形式的結(jié)構(gòu)非常普遍的進(jìn)行使用。這些結(jié)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的方法是針對傳統(tǒng)的板，支撐并進(jìn)一步改善和強化，為了能夠更好的處理板、撐、樁、管之間的土壤封閉性，進(jìn)而更好的防止?jié)B透的損失，當(dāng)剝落和風(fēng)化問題出現(xiàn)時，能夠在此基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)奶砑訏炀W(wǎng)。當(dāng)20世紀(jì)90年代時，新的土釘墻護(hù)法的出現(xiàn)也得到了普遍應(yīng)用，受到海外和國內(nèi)許多學(xué)者的重視。目前，我們對噴錨網(wǎng)土壤配套設(shè)計方法和巖土工程深基坑噴錨網(wǎng)支護(hù)進(jìn)一步強化，并且能夠普遍的推廣這些措施和應(yīng)用。

1.2深基坑支護(hù)方法的應(yīng)用情況

伴隨著中國經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，很多深基坑支護(hù)工程運用在房地產(chǎn)開發(fā)工作中，出現(xiàn)了一些問題，需要進(jìn)一步改造和強化現(xiàn)有方法。然而，由于土釘墻托管和噴錨網(wǎng)支撐這兩種方式具有許多如施工方便，順應(yīng)性強，成本低等優(yōu)點。因此，有著廣闊的發(fā)展空間，應(yīng)在全國范圍內(nèi)大力推廣應(yīng)用。隨著施工技術(shù)水平的不斷提高，更先進(jìn)的技術(shù)和方法運用到工程項目中，就會出現(xiàn)更高級的支護(hù)方法。在實際工程中，我們應(yīng)比較和選擇各類開挖方案，同時推動工程支護(hù)優(yōu)選方法的迅速發(fā)展，從而獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和合理的支護(hù)方案。

2　優(yōu)化設(shè)計依據(jù)及目的

深基坑工程是一個系統(tǒng)工程，建設(shè)深基坑施工的結(jié)構(gòu)不同，除了不同類型的土壤、地下水位、土力學(xué)參數(shù)大小和環(huán)境條件等，與支護(hù)的選擇有關(guān)，結(jié)構(gòu)的選擇類型是否合理，合理的話才能安全、穩(wěn)定、順利的建設(shè)，縮減周期，帶來一定的社會利益和經(jīng)濟(jì)利益。

2.1支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇的原因

（1）基坑的幾何形狀、基坑場地的面積、深度和寬度等。

（2）挖掘結(jié)構(gòu)承受載荷包含：①橫向載荷；②垂直載荷；③地震荷載；④風(fēng)荷載；⑤地面超載。

（3）工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件包含：①勘測數(shù)據(jù)的內(nèi)容和巖石物理力學(xué)參數(shù)測試方法；②地下水環(huán)境和地表水的分配，承壓含水層，密閉氣體狀況。

（4）環(huán)境條件包含：①周圍的自然坑區(qū)；②基坑形勢周圍的建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的使用類型；③各地公用設(shè)施和生命線坑；④基坑周圍的交通情況和路線情況；⑤基坑坑周圍水域（河道）的狀態(tài)；⑥基坑的區(qū)域環(huán)境、特殊條件和施工坑的特別要求等。

（5）基礎(chǔ)設(shè)施和建設(shè)要求，支護(hù)結(jié)構(gòu)的上層建筑。

（6）基坑開挖及排水方法。

（7）基坑場地周圍已有基坑支護(hù)構(gòu)造形式或相似基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式在施工中的成功或失敗的原因及教訓(xùn)。

（8）現(xiàn)已應(yīng)用的各種支護(hù)技術(shù)的特點與適用范疇。

（9）開挖設(shè)計的所有者。

（10）挖掘相應(yīng)的設(shè)計規(guī)則，標(biāo)準(zhǔn)指南。

2.2深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計目的及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析相比

（1）優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)包含：①以保證基坑的土壁平穩(wěn)和施工的安全性。②保證相鄰的建筑物、地下管線、公用設(shè)施的安全。③有助于施工土方的開挖地下室。④支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工便利，經(jīng)濟(jì)。

（2）深基坑支護(hù)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的分析，主要包含：①構(gòu)成深基坑開挖費用：材料成本、支護(hù)結(jié)構(gòu)施工費、設(shè)備費、人工費、稅收、保險費用、管理費、貸款利息、基坑開挖土方的運輸成本、棄土費、回填費用、城市衛(wèi)生費、沉淀建設(shè)成本、電子環(huán)保收費、施工監(jiān)測費、公用事業(yè)、建筑成本、運輸成本、臨時設(shè)施費、利潤。②優(yōu)選整體方案，實施對比的原則：技術(shù)的可靠性、領(lǐng)先性和施工可行性分析；環(huán)境影響評價；施工期間的支護(hù)結(jié)構(gòu)工期比較分析；集成項目的基坑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)比較。

3　優(yōu)化方法及步驟

基坑支護(hù)優(yōu)化包含：通用整體的優(yōu)化和相同方案的優(yōu)化細(xì)節(jié)。首先應(yīng)按照現(xiàn)場情況和業(yè)主的需求進(jìn)行選擇合理的優(yōu)化支護(hù)類型，然后細(xì)化方法，如懸臂樁土的深度，如釘土的長度、角度，樁-錨支護(hù)錨桿的長度，傾角和樁徑，樁的距離，為了優(yōu)化達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的節(jié)約，保持最穩(wěn)定的環(huán)境。

3.1支護(hù)方案優(yōu)化

針對于優(yōu)化支護(hù)方案的選擇，沒有配套開挖方案，可以節(jié)約成本。如果現(xiàn)場條件可以的話，應(yīng)首先考慮。如果現(xiàn)場條件不可以的話，可以研究采取上等級+低土釘?shù)闹ёo(hù)方案，土釘墻分級的上部+下部樁計劃。土釘支護(hù)方案不能使用時，能夠采取使用懸臂樁、雙懸臂樁、水泥攪拌方案，這三個方案，應(yīng)該使用雙懸臂樁為主。懸臂樁支護(hù)方案不能使用時，可采納上部放坡（或土釘墻）+下部錨樁方案。當(dāng)基坑變化有標(biāo)準(zhǔn)的要求，我們可以制定錨定方案，地面上的連續(xù)墻方案，當(dāng)連續(xù)墻為地下室的墻壁，采納地下連續(xù)墻的方法可以起到省錢的作用。這些是研究邊坡支護(hù)的結(jié)果，要顧及防水，應(yīng)使用粉末噴涂或噴射灌漿。

3.2支護(hù)的優(yōu)化方法

對于優(yōu)化支護(hù)的方法，可以有很多種。對于沒有設(shè)計的支護(hù)，為了能夠確保安全性和穩(wěn)定性，主要決定在最大坡度角和潛在的最危險的滑動面。對于懸臂支護(hù)，主要是首選深樁的高度，樁徑，樁間距。采用雙樁時，需要優(yōu)選樁長，樁點的設(shè)置；對于土釘墻，主要是長度、角度和首選土釘?shù)拈g距；對錨的支護(hù)，主要是為了保證樁的直徑，樁間距和螺栓道數(shù)，它決定信道的數(shù)目和錨定位置是特別重要的，它可以使鋼筋樁的量挖掘到最小。旨在確定最低的成本和最安全的解決方案，在實際的的項目上，要求設(shè)計者對比各種方案，才能優(yōu)選出合適的支護(hù)方案。

4　應(yīng)用實例

根據(jù)上面涉及的支護(hù)方案，例如，土釘墻與錨噴支護(hù)的相互對比，哪種方案更合適，在地理條件優(yōu)越的地區(qū)都會遇到，要按照安全、經(jīng)濟(jì)、建設(shè)周期等因素加以考慮。根據(jù)安全的角度，土釘墻是一種靈活的支護(hù)，允許某種程度的坡頂位移，而錨噴支護(hù)是硬性的支護(hù)，坡頂位移可以掌控；根據(jù)經(jīng)濟(jì)的角度，土釘墻更實惠，這是錨樁不能相對比的，根據(jù)建設(shè)周期，土釘墻的施工設(shè)備輕巧，操作方便，是一種更靈活的施工方法，而錨桿施工期長；從基坑的深度來說，錨固比土釘墻深，土釘一般不大于20m，錨樁可以達(dá)到30M深度（需要使用多通道支持）。對特定的錨桿支撐位置、錨桿傾角、樁支架之間距離等，直接影響了最大彎距，也會影響到樁的配筋情況。關(guān)于單支點的錨樁優(yōu)化，主要是優(yōu)化錨定位置，是錨固點距樁頂?shù)木嚯x，使得樁的最大彎距最小。

例如，某沿海城市的基坑坑，二層的地下室，開挖深度是8.5m，設(shè)計成一個單路錨樁，有兩個方案：①挖掘到錨定位置的深度但是不設(shè)置支撐；②增加支撐后開挖至坑挖的底部，當(dāng)錨桿支撐位置的變化時，當(dāng)支撐點在樁頂時，支撐力最小為145.6kN/m，而最大彎矩為7.3kN·m/m，隨著錨位發(fā)生移動，支撐的反作用力增加，樁嵌固深度和彎矩變小。當(dāng)支撐點位置深度為5.2m時，兩個條件上的最大彎矩都相當(dāng)接近，并且支撐反力和樁嵌固深度較為適中，選擇4.2m設(shè)計作為支撐位置。取最大彎矩322kN·m/m進(jìn)行了加固，其中可以顯著的降低配筋率。

這些只是探討優(yōu)選錨樁支護(hù)系統(tǒng)中錨桿位置的優(yōu)選，而其他類型的支護(hù)也存在優(yōu)化問題，按照具體問題具體分析。支護(hù)優(yōu)化方案和相同方案的詳細(xì)優(yōu)化原理在不同的階段重視的地方不同，主要是在施工階段的細(xì)節(jié)優(yōu)化，但不是絕對化。

5　結(jié)論語

根據(jù)以上的論述，我們針對深基坑工程支護(hù)方案的優(yōu)選工作進(jìn)行了詳細(xì)的研究和探索，根據(jù)深基坑的實際情況，采取合適的方案，在一定程度上降低成本，從而得到最為科學(xué)合理的方案。

[1]蔡福安.論基坑支護(hù)方案優(yōu)化研究及其應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，35：227.

[2]徐楊青.深基坑工程設(shè)計方案優(yōu)化決策與評價模型研究[J].巖土工程學(xué)報，2005，07：844～848.

[3]楊培明.深基坑工程支護(hù)方案的優(yōu)化設(shè)計[J].現(xiàn)代物業(yè)（上旬刊），2013，09：85～87.

TU753

A

1673-0038（2015）34-0104-02

2015-8-6

秦苻瑛（1990-），男，四川仁壽人，助理工程師，本科，從事建筑工程工作。

梁鵬（1988-），男，福建三明人，助理工程師，本科，從事巖土工程勘察設(shè)計工作。