深基坑支護方案優化設計研究

張 迪，韓知霖，張智朋，于 嬌，張 浩

（ 西安工業大學建筑工程學院，西安 710032）

深基坑支護方案優化設計研究

張 迪，韓知霖，張智朋，于 嬌，張 浩

（ 西安工業大學建筑工程學院，西安 710032）

針對深基坑支護中存在的安全和經濟的矛盾，本文具體分析了深基坑支護的主要類型并對其適用條件進行歸納總結，并結合優化原則和數學的優化方法進行研究分析，得出一下結論：放坡開挖和自立式支護，適用于工程地質條件較好、周邊環境相對簡單且開挖深度不大于6m的基坑工程，優化設計對降低工程造價影響不大；擋墻式和地下剪力墻支護型式支擋效果好、基坑變形小，適用于各種復雜地質工況和開挖深度為-10m～-60m的深基坑工程，在優化過程中可降低工程造價5%～20%，優化效果明顯；深基坑優化設計必然成為今后基坑支護工程的發展趨勢。

深基坑；支護；優化

0 前 言

隨著城鎮化的發展，城市人口密集度加大，為了解決地上空間狹小擁擠的難題，進而導致了地下空間在開挖范圍和開挖深度方面越來越大，更多的深基坑如雨后春筍般涌現。深基坑的開挖必然會對周邊已有建筑物、構筑物、城市道路和地下管網造成或輕或重的影響，面對著這些日益突出的問題，對深基坑支護提出了更高的要求。隨著國家標準《規程》［1］的頒布，我國的深基坑支護正式進入了標準化設計和規范化施工階段，但由于深基坑支護影響因素眾多，且各因素相互制約、相互聯系，在保證安全的前提下還要綜合考慮經濟性、施工的難易程度等多方面因素，使得深基坑支護方案的優化設計與研究變得日益緊迫和必要。

1 主要的支護型式和適用條件

在深基坑開挖過程中，基坑的支護形式很多，本文作者對常用的支護型式進行劃分，大致可以分為四大類：

（1）放坡開挖結合簡易支護型：放坡開挖結合坡腳短柱、放坡開挖結合噴錨網、簡單放坡開挖。簡易支護型式為隔板等其他支護。放坡開挖及其支護適合地基土質良好、地下水位不深、施工現場有足夠的空間可以進行放坡開挖。

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

（3）擋墻式支護型式為現在深基坑的主流支護型式：懸臂式排樁墻支擋型式和排樁墻加內支撐支擋結構，后者則適用范圍較廣，適用于各種土質和水文地質條件，對基坑深度要求較小。

（4）地下連續墻支護：地下連續墻加內支撐式、加筋水泥土墻加內支撐、排樁墻加錨桿、地下連續墻加錨桿。地下連續墻加內支撐支擋結構適用于各種地質和深度的基坑，使用范圍廣泛，鑒于其成本較高，對開挖深度小于10m的基坑一般不建議采用此種支擋方式。對于加筋水泥土墻加內支撐支擋結構，施工的重點和難點是水泥土的形成方法，一般的方法有SMW法和TRD法，這兩種方法在當代被廣泛使用。SWM法實用性廣泛，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性好、加固深度可達到60m，加固效果較好；排樁墻加錨桿和地下連續墻加錨桿支擋結構［2］。在利用樁（墻）的嵌入穩定的同時，也利用了錨桿與土層的摩擦約束，適用于摩擦系數較大的砂土和硬黏性土層。

2 深基坑支護體的優化方法

（1）深基坑的優化的原則［3］：是在保證安全的前提下，尋求經濟最優化和施工最簡易，使整個施工過程能安全、經濟、高效、有序的進行，即在安全的基本要求下，使施工相對方便、工期相對較短、造價相對較低的優化方案。《規程》［1］對基坑支護方案的優選給出了一些規定，例如支護結構的選型要兼顧到結構的空間效應和支護體系的受力特點，并依據基坑周圍環境、開挖深度、工程和水文地質條件、施工工藝和施工設備等因素綜合考慮。

（2）深基坑支護體系優化方法：優化設計按優化程度的不同，大體可分為三級優化：系統優化、細部計算優化、動態反演優化［4］。系統優化是對設計和施工方案的優選，依據國家標準和工程實際，在適用性的基礎上簡化設計和施工，選出最優方案；細部計算［5］優化是在選定方案后對該選定方案的細節優化設計，如計算模型的選取和間距尺寸的調整；動態反演優化是在類似工況下，利用已經取得的監測數據反求土層參數和初始狀態，進而準測預測后續工序的改良方案，即利用模擬對工程的動態進行控制優化。

3 結論

（1）放坡開挖和自立式支護型式適用于工程地質條件較好、基坑周邊環境相對簡單的區域且適宜開挖深度不大于6m的基坑工程，由于其造價相對較低，可不再對其進行優化方案的設計分析和研究。

（2）擋墻式和地下剪力墻支護型式是當今深基坑支護的主流型式，由于其支擋效果好、基坑變形小，適用于各種復雜地質工況和開挖深度為-10m～-60m的深基坑工程，是支護優化的主要對象，應從整體的系統優化和支護細部的計算優化等多方面著手，最大可降低工程造價5%～20%，優化效果明顯。

（3）深基坑優化設計在保證深基坑安全的基礎上，最大限度的降低工程造價和繁瑣的施工工序，使基坑及支護工程在安全、經濟、高效的基礎上有序進行，必然成為今后基坑支護工程的發展趨勢。

［1］建筑基坑支護技術規程JGJ120-2012［S］.中國建筑工業出版社，2012.

［2］王立軍.深基坑樁錨支護優化研究及數值模擬［D］.長安大學，2014.

［3］楊海林.建筑深基坑支護優化設計研究及應用［D］.中國地質大學（北京），2013.

［4］肖武權，冷伍明.深基坑支護結構設計的優化方法［J］.巖土力學，2007（06）∶1201-1204+1211.

［5］丁敏.深基坑支護細部結構優化及應用研究［D］.重慶大學，2012.

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

張迪（1990-），男，河南商丘人，碩士，主要從事巖土結構方向的研究。