深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)選和應(yīng)用探析

張濤 沈悅

摘? ? 要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷提升，我國的建筑行業(yè)也獲得了飛速的發(fā)展，每年新增建筑工程項(xiàng)目數(shù)量非常多，同時(shí)建筑施工安全也成為國家和社會(huì)重點(diǎn)關(guān)注的一項(xiàng)問題。而隨著地下建筑、高層建筑的數(shù)量不斷增多，深基坑工程施工事故也成為發(fā)生率較為頻繁的事故，而且這種事故很容易造成群死群傷，后果非常嚴(yán)重，因此建筑施工企業(yè)必須加強(qiáng)對深基坑支護(hù)工作的重視，在加強(qiáng)現(xiàn)場施工管理的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)做好深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，保證深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：深基坑支護(hù);經(jīng)濟(jì)安全;方案優(yōu)化

1? 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)早在公元前的建筑中就有所應(yīng)用，古代大型宮殿或地下陵墓在施工過程中為保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，會(huì)在基坑側(cè)壁設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)或管線，這是人類在建筑施工中對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的早期嘗試。近代以來，隨著地下建筑和超高層建筑的不斷發(fā)展，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在建筑工程中應(yīng)用愈發(fā)廣泛，由于城市化的不斷推進(jìn)，土地價(jià)格提升，地表建筑密度不斷增加，建筑物天際線不斷增高，地下設(shè)施深度不斷增加，一般而言，基坑深度大于5m的結(jié)構(gòu)即被劃分為深基坑結(jié)構(gòu)，如果深基坑設(shè)計(jì)或施工過程中出現(xiàn)技術(shù)紕漏或誤差，將對施工人員的安全和建筑質(zhì)量帶來嚴(yán)重威脅。因此，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對建筑物整體穩(wěn)定性具有重要意義，其設(shè)計(jì)水平關(guān)系到建筑使用壽命及經(jīng)濟(jì)效益。通常，建筑物深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)移交由獨(dú)立建筑單位完成，由于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程復(fù)雜，對規(guī)劃需求嚴(yán)謹(jǐn)，而設(shè)計(jì)單位工程人員數(shù)量較少，程序不夠完善，不僅影響了深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，還會(huì)滯后整體項(xiàng)目進(jìn)度，延誤工期。

2? 深基坑支護(hù)類型

支護(hù)結(jié)構(gòu)是通過在基坑中設(shè)置擋土結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)基坑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以保障建筑施工過程的安全。合理配置土方開挖模式對保障建筑主體結(jié)構(gòu)和支護(hù)體系的完整度至關(guān)重要。目前，深基坑支護(hù)按土方開挖模式通常分為3種：放坡開挖;擋土墻支護(hù)開挖;加固結(jié)構(gòu)。一般而言，放坡開挖是使用較多的支護(hù)結(jié)構(gòu)，具有構(gòu)造簡單、成本低廉、工期短、施工速度快的特點(diǎn)，適用于大多數(shù)施工環(huán)境。施工前需對現(xiàn)場進(jìn)行考察，在土質(zhì)緊致密實(shí)度高、邊坡穩(wěn)定的場地優(yōu)先采用。

擋土支護(hù)開挖常見方法包括：（1）噴錨支護(hù);（2）逆作拱墻;（3）連續(xù)墻支護(hù);（4）排樁法;（5）水泥支護(hù)法，需結(jié)合施工環(huán)境及企業(yè)條件選擇最優(yōu)方案。

加固型結(jié)構(gòu)常見方法包括：（1）水泥攪拌樁;（2）注漿加固;（3）網(wǎng)狀加固法;（4）插筋補(bǔ)強(qiáng);（5）水泥噴粉樁加固法等。設(shè)計(jì)時(shí)，要依據(jù)施工環(huán)境地質(zhì)條件、水文條件、基坑深度、工程周期、項(xiàng)目預(yù)算等因素綜合制訂最優(yōu)方案。

3? 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法

3.1? 優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案

做好深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作，可以顯著降低施工成本，提高施工效率，縮短施工工期，保障企業(yè)的生產(chǎn)效益。首先，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇時(shí)，需要以目標(biāo)特征值矩陣為指導(dǎo)，對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行準(zhǔn)確合理評價(jià)，并擬定一個(gè)值作為評價(jià)指標(biāo)。組建專業(yè)隊(duì)伍評估深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)多種方案的工程造價(jià)、成本、可靠性、施工技術(shù)、施工工藝、污染問題等，針對各個(gè)因素對施工建設(shè)的影響程度給予合理評分，通過收集評分評價(jià)施工方案的可行性。在方案步驟優(yōu)選的過程中，工作人員可以采用歸一化的處理方式，降低一個(gè)評價(jià)內(nèi)容獲得的指標(biāo)值進(jìn)行處理，得到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

其次，設(shè)計(jì)人員需要建立起一個(gè)明確的層級(jí)結(jié)構(gòu)模型和判斷性質(zhì)的矩陣，將安全理念、環(huán)保理念、經(jīng)濟(jì)理念、便攜理念融入層級(jí)結(jié)構(gòu)模型中，使結(jié)構(gòu)模型滿足建設(shè)需求，并利用判斷矩陣充分反映出各個(gè)因素的重要性和價(jià)值。然后，采取一致性檢驗(yàn)與層次單排序的方法進(jìn)行施工方案的評估，做好同一層次不同因素以及不同層次同一要素的排序，明確要素的重要性差別，區(qū)別不同因素對方案設(shè)計(jì)的影響，優(yōu)選出最佳設(shè)計(jì)方案。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算法則包括兩種：一是經(jīng)歷平衡法與等值梁法;二是彈性地基梁m法與彈塑有限單元法。

第一種計(jì)算方法是根據(jù)墻前后泥土壓力極限平衡條件，對支護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度以及內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。在實(shí)際設(shè)計(jì)中通常不采用這一方法，主要原因是：受技術(shù)條件限制，很難準(zhǔn)確測算出墻前后泥土壓力極限值，一般都是通過估算方式進(jìn)行。此外，該方法沒有對土體變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行考慮，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值往往差異較大。由于計(jì)算方法比較簡單，可以根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用到較為簡單的基坑挖掘施工中。

第二種計(jì)算方法雖然考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)以及土體變形，但在整體上依然不夠完善。例如，參數(shù)m值需要參與計(jì)算，但很難進(jìn)行有效確定。受不同地質(zhì)條件限制，參考數(shù)據(jù)在取值范圍上并不相同，甚至存在較大差距。在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，參數(shù)m僅僅是一項(xiàng)彈性指標(biāo)，無法對支護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度進(jìn)行直接計(jì)算。眾多實(shí)踐研究顯示，利用彈性地基梁m法計(jì)算得出的懸臂樁支護(hù)結(jié)構(gòu)并不符合實(shí)際測量得到的位移數(shù)據(jù)，誤差也超出規(guī)定要求，這也就意味著樁后土體變形并不在彈性范圍之內(nèi)。

目前，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的發(fā)展趨勢是彈塑有限單元法，該方法不僅考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)以及土體變形，而且能夠得出塑性區(qū)分布狀況，以此對支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與否進(jìn)行較為準(zhǔn)確判定。因此，彈塑有限單元法在深身基坑結(jié)構(gòu)計(jì)算上優(yōu)勢突出。

3.3? 細(xì)部優(yōu)化深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行細(xì)部優(yōu)化可以有效降低工程增加成本，保證施工方案的可行性。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的細(xì)部優(yōu)化需要綜合考慮數(shù)據(jù)方案中的變量約束條件、目標(biāo)函數(shù)以及優(yōu)化算法這三個(gè)部分，做好深基坑施工的材料控制、人員控制、設(shè)備控制以及環(huán)境控制。相對來說，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案中所包含的參數(shù)比較復(fù)雜，類型較多，這些參數(shù)在某種程度上決定了影響深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的具體因素。確定優(yōu)化方案的約束條件，結(jié)合約束條件劃分深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)，并確定結(jié)構(gòu)變形范圍，根據(jù)具體的數(shù)字計(jì)算得出相關(guān)結(jié)論。在確定深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)細(xì)部優(yōu)化約束條件之后，可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)進(jìn)行計(jì)算，保證數(shù)據(jù)的精確性，將深基坑支護(hù)造價(jià)成本控制到最低，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)與計(jì)算活動(dòng)息息相關(guān)，設(shè)計(jì)人員可以采取動(dòng)態(tài)規(guī)劃法進(jìn)行詳細(xì)的編程，獲得計(jì)算結(jié)果?，F(xiàn)代信息技術(shù)的使用極大地解放了人力，減少了人類的腦力投入和工作量，數(shù)據(jù)越來越精確化，比如，在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中可以通過工具箱進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算。

4? 結(jié)束語

綜上所述，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是保證深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)工程能夠順利進(jìn)行的必要方式，本文對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法進(jìn)行了探究，并且從支護(hù)方法選擇、計(jì)算模型選擇和設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化三個(gè)方面對此進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對地質(zhì)條件、周遭環(huán)境等因素進(jìn)行充分的調(diào)查研究，在結(jié)合真實(shí)情況的同時(shí)，選擇合適的支護(hù)方法、計(jì)算模型，并且對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證、調(diào)整，這樣才能保證整個(gè)設(shè)計(jì)的合理性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳興.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)選和優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].低碳世界，2016（28）：168～169.

[2] 徐飛.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工程實(shí)踐[J].中華建設(shè)，2018（1）：110～111.

[3] 周玉紅.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及工程應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2018（12）：50～51.

[4] 張河.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2018（17）：120～121+124.

[5] 靳小妮，牟桂杰.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2018（21）：35～36+42.