深基坑支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

張 迪，韓知霖，張智朋，于 嬌，張 浩

（ 西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，西安 710032）

深基坑支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

張 迪，韓知霖，張智朋，于 嬌，張 浩

（ 西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，西安 710032）

針對(duì)深基坑支護(hù)中存在的安全和經(jīng)濟(jì)的矛盾，本文具體分析了深基坑支護(hù)的主要類型并對(duì)其適用條件進(jìn)行歸納總結(jié)，并結(jié)合優(yōu)化原則和數(shù)學(xué)的優(yōu)化方法進(jìn)行研究分析，得出一下結(jié)論：放坡開(kāi)挖和自立式支護(hù)，適用于工程地質(zhì)條件較好、周邊環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單且開(kāi)挖深度不大于6m的基坑工程，優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)降低工程造價(jià)影響不大；擋墻式和地下剪力墻支護(hù)型式支擋效果好、基坑變形小，適用于各種復(fù)雜地質(zhì)工況和開(kāi)挖深度為-10m～-60m的深基坑工程，在優(yōu)化過(guò)程中可降低工程造價(jià)5%～20%，優(yōu)化效果明顯；深基坑優(yōu)化設(shè)計(jì)必然成為今后基坑支護(hù)工程的發(fā)展趨勢(shì)。

深基坑；支護(hù)；優(yōu)化

0 前 言

隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城市人口密集度加大，為了解決地上空間狹小擁擠的難題，進(jìn)而導(dǎo)致了地下空間在開(kāi)挖范圍和開(kāi)挖深度方面越來(lái)越大，更多的深基坑如雨后春筍般涌現(xiàn)。深基坑的開(kāi)挖必然會(huì)對(duì)周邊已有建筑物、構(gòu)筑物、城市道路和地下管網(wǎng)造成或輕或重的影響，面對(duì)著這些日益突出的問(wèn)題，對(duì)深基坑支護(hù)提出了更高的要求。隨著國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《規(guī)程》［1］的頒布，我國(guó)的深基坑支護(hù)正式進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和規(guī)范化施工階段，但由于深基坑支護(hù)影響因素眾多，且各因素相互制約、相互聯(lián)系，在保證安全的前提下還要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、施工的難易程度等多方面因素，使得深基坑支護(hù)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究變得日益緊迫和必要。

1 主要的支護(hù)型式和適用條件

在深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，基坑的支護(hù)形式很多，本文作者對(duì)常用的支護(hù)型式進(jìn)行劃分，大致可以分為四大類：

（1）放坡開(kāi)挖結(jié)合簡(jiǎn)易支護(hù)型：放坡開(kāi)挖結(jié)合坡腳短柱、放坡開(kāi)挖結(jié)合噴錨網(wǎng)、簡(jiǎn)單放坡開(kāi)挖。簡(jiǎn)易支護(hù)型式為隔板等其他支護(hù)。放坡開(kāi)挖及其支護(hù)適合地基土質(zhì)良好、地下水位不深、施工現(xiàn)場(chǎng)有足夠的空間可以進(jìn)行放坡開(kāi)挖。

（2）自立式支護(hù)型式：水泥重力式支擋結(jié)構(gòu)、加筋水泥土墻支擋結(jié)構(gòu)、土釘墻及復(fù)合土釘墻結(jié)構(gòu)。前兩種支擋型式通常采用深層攪拌或旋噴來(lái)加固土層，這兩種方法適用于開(kāi)挖深度小于6m的基坑。土釘墻及復(fù)合土釘墻支護(hù)型式適用于地下水位（或采取降水措施后）低于坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高一下的基坑，出于安全考慮對(duì)于軟黏土質(zhì)其開(kāi)挖深度一般小于5m。

（3）擋墻式支護(hù)型式為現(xiàn)在深基坑的主流支護(hù)型式：懸臂式排樁墻支擋型式和排樁墻加內(nèi)支撐支擋結(jié)構(gòu)，后者則適用范圍較廣，適用于各種土質(zhì)和水文地質(zhì)條件，對(duì)基坑深度要求較小。

（4）地下連續(xù)墻支護(hù)：地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐式、加筋水泥土墻加內(nèi)支撐、排樁墻加錨桿、地下連續(xù)墻加錨桿。地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐支擋結(jié)構(gòu)適用于各種地質(zhì)和深度的基坑，使用范圍廣泛，鑒于其成本較高，對(duì)開(kāi)挖深度小于10m的基坑一般不建議采用此種支擋方式。對(duì)于加筋水泥土墻加內(nèi)支撐支擋結(jié)構(gòu)，施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)是水泥土的形成方法，一般的方法有SMW法和TRD法，這兩種方法在當(dāng)代被廣泛使用。SWM法實(shí)用性廣泛，不僅適用于黏性土同樣適用于砂土，TRD法在各種土層中同樣適用，形成的水泥土墻連續(xù)性好、加固深度可達(dá)到60m，加固效果較好；排樁墻加錨桿和地下連續(xù)墻加錨桿支擋結(jié)構(gòu)［2］。在利用樁（墻）的嵌入穩(wěn)定的同時(shí)，也利用了錨桿與土層的摩擦約束，適用于摩擦系數(shù)較大的砂土和硬黏性土層。

2 深基坑支護(hù)體的優(yōu)化方法

（1）深基坑的優(yōu)化的原則［3］：是在保證安全的前提下，尋求經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化和施工最簡(jiǎn)易，使整個(gè)施工過(guò)程能安全、經(jīng)濟(jì)、高效、有序的進(jìn)行，即在安全的基本要求下，使施工相對(duì)方便、工期相對(duì)較短、造價(jià)相對(duì)較低的優(yōu)化方案?！兑?guī)程》［1］對(duì)基坑支護(hù)方案的優(yōu)選給出了一些規(guī)定，例如支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型要兼顧到結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)和支護(hù)體系的受力特點(diǎn)，并依據(jù)基坑周圍環(huán)境、開(kāi)挖深度、工程和水文地質(zhì)條件、施工工藝和施工設(shè)備等因素綜合考慮。

（2）深基坑支護(hù)體系優(yōu)化方法：優(yōu)化設(shè)計(jì)按優(yōu)化程度的不同，大體可分為三級(jí)優(yōu)化：系統(tǒng)優(yōu)化、細(xì)部計(jì)算優(yōu)化、動(dòng)態(tài)反演優(yōu)化［4］。系統(tǒng)優(yōu)化是對(duì)設(shè)計(jì)和施工方案的優(yōu)選，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和工程實(shí)際，在適用性的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和施工，選出最優(yōu)方案；細(xì)部計(jì)算［5］優(yōu)化是在選定方案后對(duì)該選定方案的細(xì)節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)，如計(jì)算模型的選取和間距尺寸的調(diào)整；動(dòng)態(tài)反演優(yōu)化是在類似工況下，利用已經(jīng)取得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反求土層參數(shù)和初始狀態(tài)，進(jìn)而準(zhǔn)測(cè)預(yù)測(cè)后續(xù)工序的改良方案，即利用模擬對(duì)工程的動(dòng)態(tài)進(jìn)行控制優(yōu)化。

3 結(jié)論

（1）放坡開(kāi)挖和自立式支護(hù)型式適用于工程地質(zhì)條件較好、基坑周邊環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單的區(qū)域且適宜開(kāi)挖深度不大于6m的基坑工程，由于其造價(jià)相對(duì)較低，可不再對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)分析和研究。

（2）擋墻式和地下剪力墻支護(hù)型式是當(dāng)今深基坑支護(hù)的主流型式，由于其支擋效果好、基坑變形小，適用于各種復(fù)雜地質(zhì)工況和開(kāi)挖深度為-10m～-60m的深基坑工程，是支護(hù)優(yōu)化的主要對(duì)象，應(yīng)從整體的系統(tǒng)優(yōu)化和支護(hù)細(xì)部的計(jì)算優(yōu)化等多方面著手，最大可降低工程造價(jià)5%～20%，優(yōu)化效果明顯。

（3）深基坑優(yōu)化設(shè)計(jì)在保證深基坑安全的基礎(chǔ)上，最大限度的降低工程造價(jià)和繁瑣的施工工序，使基坑及支護(hù)工程在安全、經(jīng)濟(jì)、高效的基礎(chǔ)上有序進(jìn)行，必然成為今后基坑支護(hù)工程的發(fā)展趨勢(shì)。

［1］建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ120-2012［S］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］王立軍.深基坑樁錨支護(hù)優(yōu)化研究及數(shù)值模擬［D］.長(zhǎng)安大學(xué)，2014.

［3］楊海林.建筑深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用［D］.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2013.

［4］肖武權(quán)，冷伍明.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法［J］.巖土力學(xué)，2007（06）∶1201-1204+1211.

［5］丁敏.深基坑支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化及應(yīng)用研究［D］.重慶大學(xué)，2012.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.072

張迪（1990-），男，河南商丘人，碩士，主要從事巖土結(jié)構(gòu)方向的研究。