超高層建筑基坑支護方案的決策系統模型應用分析

任宏 何強 鐘國益

摘要：在超高層建筑中，基礎工程對整個建筑物的安全和壽命有舉足輕重的影響，與一般建筑物基礎不同，超高層建筑基礎已被構成地下空間的地下室和深大基礎結構所代替，而基礎施工通常要進行基坑支護。據國內外學者的統計和研究，超高層建筑基礎工程的造價和工期大約占建筑的土建總造價的三分之一左右，因此，對節約基礎成本來說，迫切需要加強對基坑支護方案決策系統的研究。本文基于層次分析法建立支護方案決策系統模型，在“質量好，工期短，經濟效益好”的原則下，主要對基坑支護方案的安全性，可靠與便捷性和經濟合理性進行分析論證。

關鍵詞：深基坑支護；決策支持系統；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

深基坑工程在我國廣泛應用與研究開始于80年代初，由于我國人口眾多，為了節約土地，從80年代初開始大量興建高層建筑同時采取措施充分利用城市地下空間，這樣也就帶來了大規模基坑工程的開挖與支護，來為地下工程建筑提供必要的安全環境 [1]。

超高層建筑的迅速興起，促進了深基坑支護技術的發展，選擇一個經濟、實用的基坑支護方案成為確保施工質量和保證施工安全和節約成本的重要工作。深基坑工程主要包括基坑支護體系設計、施工和土方開挖，它是一項綜合性很強的系統工程，因此，它與工程場地地質勘查、支護結構設計、施工開挖、基坑穩定、降水、施工管理、現場監測、相鄰場地施工相互影響等密切相關，具有很強的區域性和很強的個體性，其支護體系承受的土壓力又具有較強的時空效應。由于深基坑工程設計與施工的復雜性，不確定影響因素眾多，工程事故仍然時有發生，尤其當基坑開挖到一定深度基坑的安全性更難以控制。

因此，對基坑方案做一個系統的深入的研究，對于保護待建工程周圍已有建筑物和公用設施等的安全，對于節約建造成本，對于高層建筑基礎的順利施工等都有重要的意義。

2．深基坑研究的國內外現狀

基坑工程是一個古老且具有劃時代特點的綜合性的巖土工程課題，圍繞基坑工程的方案選擇和優化問題，工程技術和研究人員開展了大量的研究工作。20 世紀40 年代，Terzaghi和Peck等人就已經開始研究基坑工程中的巖土工程問題并提出了預估挖方穩定程度和支撐荷載大小的總應力法， 60年代在奧斯陸和墨西哥城軟黏土深基坑中使用儀器進行監測，此后大量的實測資料提高了預測的準確性，并從70 年代起產生了相應的指導開挖的法規[2]。在后來的時間里，世界各國的許多學者都投入研究，并不斷地在這一領域取得豐碩成果，提出了許多優化設計方法，如數值計算方法（如有限元），反分析方法，計算機輔助設計方法，系統工程優化設計方法（如層次分析法）等，且已逐漸被應用至基坑工程實踐中。特別是采用層次分析方法在深基坑支護系統方案優選中有成功的應用。國內眾多單位和學者也嘗試著采用計算機輔助設計的方法進行優化設計，如智能軟件包的應用。

一直以來，有兩個方面問題一直難以解決，一方面由于設計安全度不足而造成基坑失穩事故的比例較大，另一方面由于設計過于保守而又造成很大的浪費。唐業清等曾對103 項深基坑工程事故的原因進行調查，統計結果表明，其中由于深基坑設計失誤、水處理不當、結構和基坑失穩事故，占總事故的80 %，其所造成的經濟損失也相當嚴重[3]。經歷了20多年的發展，我國在解決基坑支護研究方面也取得很大的進步，比如，從支護設計理論從最初的強度控制與穩定分析的粗略設計到近些年提出的變形控制設計，比較有效的解決了上述問題。同時支護結構的形式也越來越多樣化。

3．深基坑支護結構常用形式選擇

由前文介紹可知，深基坑工程越來越多，且復雜程度也在增加，因此，圍繞深基坑的開挖與支護已成為當前高層住宅建筑基礎工程中的熱點和難點。基坑開挖可分為無支護開挖和支護開挖。無支護開挖也就是放坡開挖，常用于深度不大且土質較好的基坑，應是施工條件允許時首選的開挖方式。而支護開挖常用在施工場地不具備放坡開挖條件或放坡開挖技術經濟上不合理時采用的。目前，高層建筑常建設在市區，因此，待挖基坑多是較深且場地狹窄，不具備放坡開挖條件，需要采用支護開挖。 常用的支護結構形式如下表1所示。

表1 常見的基坑支護結構形式及對應的特點