淺談基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

馬海翔

摘要：隨著城市化進(jìn)程的加快，多數(shù)建筑工程涉及基坑開(kāi)挖的問(wèn)題。為了保障基坑支護(hù)的質(zhì)量，減少對(duì)建設(shè)項(xiàng)目周?chē)h(huán)境的影響，應(yīng)加強(qiáng)基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)及其優(yōu)化工作。論文主要介紹了建筑工程常用的幾種基坑支護(hù)，分析了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：基坑支護(hù);設(shè)計(jì);優(yōu)化

一?基坑支護(hù)技術(shù)的主要類(lèi)型

1?鋼板樁支護(hù)

鋼板樁主要適用與開(kāi)挖深度不大地下水位較低的情況，且主要用于砂類(lèi)土、碎石土和半干土。鋼板樁作用機(jī)制是一種邊緣帶有聯(lián)動(dòng)裝置，且這種聯(lián)動(dòng)裝置可以自由組合以便形成一種連續(xù)緊密的擋土或者擋水墻的鋼結(jié)構(gòu)體。鋼板樁常見(jiàn)的有拉爾森式，拉克萬(wàn)納式等。其優(yōu)點(diǎn)為：強(qiáng)度高，容易打入堅(jiān)硬土層;可在深水中施工，必要時(shí)加斜支撐成為一個(gè)圍籠。能按需要組成各種外形的圍堰，并可多次重復(fù)使用，因此，它的用途廣泛。鋼板樁形成截面為Z形、U形或其它形狀，可通過(guò)鎖口互相連接的建筑基礎(chǔ)用板材。施工簡(jiǎn)便，可以重復(fù)使用。鋼板樁的常見(jiàn)適用長(zhǎng)度為6m、9m、12m、15m，我們?cè)谔囟ㄇ闆r可按照實(shí)際要求定制，但一般最大長(zhǎng)度為24m。鋼板樁可根據(jù)工程的具體情況，改變鋼板樁的斷面形狀和長(zhǎng)度，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)合理。

2?土釘墻支護(hù)

土釘墻適用于軟弱土層在內(nèi)的額多種土質(zhì)，支護(hù)深度不易超過(guò)6m（加扶壁可加大支護(hù)深度），可兼做防滲帷幕，且坑底不應(yīng)有軟土。不適用于含水豐富的粉細(xì)砂層、砂礫、卵石層和淤泥質(zhì)土等自穩(wěn)能力差的土層。對(duì)于土釘墻而言，是通過(guò)鉆孔以及插筋和注漿等進(jìn)行設(shè)置的，其中的作用機(jī)制將即刻邊坡通過(guò)鋼筋制作而成的土釘做好加固處理，在邊坡位置設(shè)置鋼筋網(wǎng)，同時(shí)噴射混凝土面和土方邊坡相互結(jié)合，其中構(gòu)造則是設(shè)置成為坡體中的加筋桿件和周?chē)恋丶庸痰揭黄穑纬梢粋€(gè)復(fù)合體，這樣不僅可以對(duì)土地的整體剛度進(jìn)行提高，同時(shí)也是有效的彌補(bǔ)了土體抗拉以及抗剪強(qiáng)度低等弱點(diǎn)。通過(guò)相互作用和土地自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可以有效的改變邊坡變形以及破壞等問(wèn)題，對(duì)整體的穩(wěn)定性進(jìn)行提高，同時(shí)也是可以有效的避免突發(fā)性的塌滑，采取土釘墻的支護(hù)方式不僅有效的延遲了塑性變形的發(fā)展，并且有效的避免開(kāi)裂破壞的出現(xiàn)。

3?灌注樁支護(hù)

灌注樁支護(hù)是在開(kāi)挖基坑周?chē)勉@機(jī)鉆孔，下鋼筋籠，現(xiàn)場(chǎng)灌注混凝土樁，樁間距為1～1.5m，成排設(shè)置，上部設(shè)聯(lián)系梁，在基坑中間用機(jī)械或人工挖土，下挖1m左右裝上橫撐，在樁背面裝上拉桿與已設(shè)錨樁拉緊，然后繼續(xù)挖土至要求深度。排樁式中應(yīng)用最多的一種，在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用。其多用于坑深7～15m?的基坑工程，在我國(guó)北方土質(zhì)較好地區(qū)已有8～9m?的臂樁圍護(hù)墻。鉆孔灌注樁支護(hù)墻體的特點(diǎn)有：施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音等環(huán)境公害，無(wú)擠土現(xiàn)象，對(duì)周?chē)h(huán)境影響小;墻身強(qiáng)度高，剛度大，支護(hù)穩(wěn)定性好，變形小。但灌注樁支護(hù)也有明顯缺點(diǎn)，樁與樁之間的縫隙易造成水土流失，特別是高水位粉質(zhì)土的地區(qū)。為避免這一問(wèn)題的出現(xiàn)，再深基坑施工時(shí)長(zhǎng)采用雙排灌注樁支護(hù)技術(shù)。

4?地連墻支護(hù)

對(duì)于地下連續(xù)墻而言，是作為基礎(chǔ)工程在地面上應(yīng)用的一種挖槽機(jī)械，也是順著身開(kāi)挖工程的附近軸線(xiàn)，在泥漿護(hù)壁的條件之下，開(kāi)挖出一個(gè)深槽，完成清槽后放入鋼筋籠，之后采用導(dǎo)管的方法注入水下混凝土，使其形成一個(gè)單元槽段，通過(guò)采取這樣的方式在地下筑成一道連續(xù)的鋼筋混泥土墻，該結(jié)構(gòu)是具有著截水、防滲以及承重等作用。目前地下連續(xù)墻的最大開(kāi)挖深度為140m，最薄的地下連續(xù)墻厚度為20cm。地下連續(xù)墻以其剛度大，止水效果好，是支護(hù)結(jié)構(gòu)最強(qiáng)的支護(hù)形式。

二?基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1?基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞程度的不同，基坑工程需采用不同的安全等級(jí)，其中結(jié)構(gòu)破壞程度分為不嚴(yán)重、嚴(yán)重、很?chē)?yán)重，對(duì)應(yīng)的安全等級(jí)為三級(jí)、二級(jí)、一級(jí)。就深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其主要按正常使用極限狀態(tài)、承載力極限狀態(tài)兩種狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，正常使用極限狀態(tài)又被稱(chēng)為變形極限狀態(tài)，是以變形極限為界，進(jìn)行相關(guān)的基坑設(shè)計(jì);承載力極限狀態(tài)又被稱(chēng)為應(yīng)力極限狀態(tài)，是以極限應(yīng)力值為界限進(jìn)行的基坑設(shè)計(jì)。

2?基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型

確?？颖诜€(wěn)定、保障施工安全是基坑支護(hù)的目的;保障附近建筑物（構(gòu)造物）、管線(xiàn)的安全是基坑支護(hù)的要求;保證支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方便、經(jīng)濟(jì)合理是基坑支護(hù)的重要前提。為了達(dá)到基坑支護(hù)的目的和要求，則需要選擇因地制宜、安全經(jīng)濟(jì)、施工方便的支護(hù)體系。要想實(shí)現(xiàn)上述目的，在支護(hù)體系設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)基坑工程的現(xiàn)場(chǎng)情況和周?chē)h(huán)境，選擇恰當(dāng)?shù)闹ёo(hù)類(lèi)型，并掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全變位量，保障支護(hù)體系的安全，同時(shí)應(yīng)盡量降低對(duì)周?chē)ㄖ挠绊憽?/p>

3?基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法

有限元法是現(xiàn)階段擋土墻內(nèi)力分析的主要計(jì)算方法，該方法不僅將基坑開(kāi)挖的多種因素考慮其中，并能夠使擋土結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化、開(kāi)挖過(guò)程科學(xué)合理化。就擋土結(jié)構(gòu)有限元分析法而言，其主要包括彈性桿系有限元法、連續(xù)介質(zhì)有限元法兩種計(jì)算方法。其中，彈性桿系有限元法具有計(jì)算模型簡(jiǎn)單、計(jì)算參數(shù)易獲取、計(jì)算結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)當(dāng)前的重要計(jì)算方法之一;連續(xù)介質(zhì)有限元法，在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷提高的背景下，尤其是一些有限元計(jì)算軟件的引入，推動(dòng)了該方法的應(yīng)用。

三?基坑支護(hù)優(yōu)化

1?基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的重要性

因基坑支護(hù)類(lèi)型較多，相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案也比較多。為了保障施工的安全有效，在選擇合理支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的同時(shí)，還應(yīng)對(duì)基坑支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化基坑支護(hù)方案是十分重要的，主要表現(xiàn)為：一是選擇符合工程項(xiàng)目的最佳設(shè)計(jì)方案，能夠保障基坑的穩(wěn)定性、安全性;二是設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，在一定程度上降低了投資成本，遵循了經(jīng)濟(jì)合理性原則;三是為基坑周?chē)h(huán)境提供了保障，減少了工程事故的發(fā)生，極大程度上促進(jìn)了環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的增加[2] 。

2?基坑支護(hù)優(yōu)化的內(nèi)容

就基坑支護(hù)來(lái)說(shuō)，其優(yōu)化內(nèi)容主要包括三點(diǎn)，即優(yōu)選基坑支護(hù)類(lèi)型、優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)優(yōu)化施工過(guò)程。具體來(lái)說(shuō)，優(yōu)選基坑支護(hù)類(lèi)型，根據(jù)基坑的地質(zhì)情況和周?chē)h(huán)境等，綜合考慮各種因素，選擇最佳的支護(hù)類(lèi)型;優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)，其主要在選定的支護(hù)類(lèi)型方案的基礎(chǔ)上，對(duì)方案的細(xì)部（支護(hù)樁的樁徑和樁距，支撐點(diǎn)的位置和層等）進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，該優(yōu)化計(jì)算主要采用的方法是彈性抗力法，在已知支護(hù)系統(tǒng)位移、剪力、最大彎矩等參數(shù)的條件下，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，從而獲得準(zhǔn)確、有效的計(jì)算結(jié)果;實(shí)時(shí)優(yōu)化施工過(guò)程，即在基坑支護(hù)的施工過(guò)程中，根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)的信息進(jìn)行合理的優(yōu)化，從而保障施工的順利、高效開(kāi)展[3] 。

3?基坑支護(hù)方案的優(yōu)化方法

對(duì)于基坑支護(hù)方案的優(yōu)化，可以采用多目標(biāo)模糊優(yōu)化方法，對(duì)基坑支護(hù)方案的工期、造價(jià)、機(jī)械設(shè)備等方面進(jìn)行評(píng)比和優(yōu)選，從而找到最佳的支護(hù)方案。在實(shí)際的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，因?yàn)椴糠帜繕?biāo)存在矛盾，常常無(wú)法實(shí)現(xiàn)各目標(biāo)的同步優(yōu)化，因此，應(yīng)對(duì)各個(gè)目標(biāo)情況進(jìn)行了解和掌握，從而獲得一個(gè)適宜的優(yōu)化方案。

四?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基坑支護(hù)是工程項(xiàng)目建設(shè)的重要組成部分之一。選擇適宜的基坑支護(hù)類(lèi)型，加強(qiáng)基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)方案和施工過(guò)程優(yōu)化，極大程度上保障了基坑支護(hù)的質(zhì)量，從而保障了工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃國(guó)海.建筑深基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017（20）：11-12.

[2] 張勇.淺談高層建筑基坑支護(hù)處理技術(shù)[J].中國(guó)住宅設(shè)施，2018（05）：119-120.

[3] 吳發(fā)堅(jiān).論深基坑支護(hù)技術(shù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技展望，2016，26（13）：148.

[4] 陳肇元，崔京浩主編.土釘支護(hù)在基坑工程中的應(yīng)用（第二版）.北京：中國(guó)建筑?工業(yè)出版社，2000年

（作者單位：河北工程大學(xué)）