復雜環境下深基坑支護工程優化設計

摘要：目前我國沒有對整個基坑圍護體系方面的優化研究，面對復雜環境下的基坑圍護設計，多采取增加圍護墻的嵌固深度、基坑外設置隔斷墻等措施對周邊環境予以保護，造成的工程費用增加、工期延長等問題，存在優化的可能。文章對復雜環境下深基坑支護工程優化設計進行了探討。

關鍵詞：復雜環境；深基坑；支護工程；優化設計；基坑圍護體系 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU473 文章編號：1009-2374（2016）33-0003-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.002

伴隨著我國城市化建設步伐的不斷加快，城區的建筑物和地下市政實施的建設規模空前強大。為了緩解人口過大帶來的出行壓力，各大城市通常會建設有地鐵系統，且車站附近的商業樓通常會與地鐵車站的出入口相連接。在此類工程的施工過程中，基坑圍護設計多采取對基坑結構本體增加圍護墻嵌固深度、增加坑內地基加固等方式進行設施的防護，這樣進行施工必然會加大施工的工程量和相關費用支出，但是該設計的實現在確保安全的前提下存在優化的可能。

復雜環境下深基坑的優化設計方案涉及投資以及各方面的安全因素的考慮，首先要進行的是優化方案的比較選擇，然后對支護結構本身的優化設計進行計算。目前，深基坑設計的優化方案主要集中在圍護墻的形式以及構件細部的優化方面，缺少對整個深基坑圍護體系方案的優化研究。本文就上述問題進行探討研究，采用有效方案對設計坑支護工程的優化設計提供理論支持。

1 深基坑支護工程概述

深基坑支護工程指的是為了在地下結構施工中能夠有安全的施工環境，而采取的相應控制深基坑變形的措施。深基坑支護工程能夠為地下施工作業提供高質量、高安全性的施工環境，在實際施工當中得到廣泛的使用。但是深基坑支護工程也具有一些重要的特點，其主要表現在以下方面：第一，具有較大的風險性，深基坑支護結構從其功能上進行分析只是屬于一種臨時性的結構，而在施工的時候對于臨時性結構施工和永久性施工相比安全上考慮得不是那么全面，使得其在安全上存在著風險性。第二，對于深基坑支護工程來說不同區域表現出來的區域性特別強。在不同的區域，地下的土層結構也存在著很大的差異，這會對深基坑的支護工程造成很大的影響。土壤中水分的含量以及承壓的情況等都會對其造成或多或少的影響。因此，在不同地區進行深基坑支護施工的時候，必須根據當地的具體情況進行設計和施工，才能夠有效地提高深基坑支護工程的質量。第三，深基坑支護工程受到外界環境的影響較大。特別是在一些地形較為復雜的地區，對于深基坑支護工程的要求也將會多出很多。第四，具有較強的時間效應。土壤具有較強的蠕變性，隨著時間的增加，土壤蠕變變形越大，因此在深基坑支護工程中應當將此點考慮在內。第五，具有較強的系統性。深基坑支護工程的設計和施工同后期的深基坑內土木作業是處于一個系統中，深基坑支護工程設計和施工的合理性、科學性會嚴重影響后期的土木作業，因此在深基坑支護工程的設計和施工中應當盡可能地考慮得更加全面。

2 某商業樓交叉口基坑支護工程優化設計情況概述

2.1 工程情況簡介

該商業樓初步設計方案打算建設在地下一樓，基坑設計的深度約為5.1m，相關配套設備的地下二層深度約為一層深度的兩倍。正在使用的地鐵站位于兩條路的交叉口位置。車站主體外包尺寸為152.3m×17.6m，車站底板深度約16.5m，設計方案中預留的出入口的深度與二層地下設施的設計深度保持一致。交叉的兩條道路均為主要干道，配備有相關的居民日常生活中常用的配置設施。其中，受商業樓基坑施工影響較為明顯的居民配套設施為預留的雨水管，其施工建設的深度在3m左右。管底距出入口頂板較近，容易遭受到預留出入口在后續施工過程中對其造成的影響。

2.2 使用現場的工程環境

我們所要研究的建筑施工地區處在特有的平原地區，其地質條件較為復雜，覆蓋有灰黃色粉質黏土、灰色砂質粉土、淤泥質黏土以及灰色粉質黏土等多種土質；另外，場地的地下水有潛水和承壓水，潛水對深基坑的影響受到降雨以及地表水等因素的影響，各項水文測量指標均符合施工建設的相關要求行指標。

2.3 深基坑的設計方案比較

我們將商業樓地下兩層區及與車站預留通道相連的區的段基坑區域統稱為A區。將設計施工的建筑物其他位置根據實際施工要求標定為B區和C區。我們采用明挖順作的方式對基坑進行施工操作，圍護體系的施工建設則是采取鋼筋混凝土內支撐、鋼支撐的形式進行。研究人員根據實際情況選取特定的設計方案一號進行探討，其設計施工理念為將B區、C區和A區同時開挖，直至A區的中間位置，在A區地下部分施工完成以后再進行該A區上面部分的施工建設。

2.4 方案調整

施工人員根據實際情況，出于對安全因素的考慮，特將上述方案一做如下調整，即方案二：在B區、C區之間設置一道臨時用于封堵作用的墻體，在墻體兩側進行分區域施工，以避免其他區域施工造成的影響，同時在對A區中板以下部分的施工完成以后，施工人員根據設計之初的既定方案進行其相應的頂板方面的施工建設，最后再進行深基坑的建設和維護。

2.5 兩種設計方案的比較

第一，第二個方案的安全性較高，有利于保護周邊設施，但是臨時封堵墻的建設為后續清除工作帶來了巨大的挑戰；第二，臨時建造的封堵墻增加了結構施工縫的數量，在滲水方面提升了一定的風險系數，與此同時，施工建設還會影響周邊居民配套設施的正常使用與維護；第三，方案一的施工工期相對較短，所花費的成本較高，但是對相鄰管線以及地鐵造成的影響可能較大。

3 設計方案的分析與比較選擇

3.1 圍護樁墻、支撐的設計參數之間的比較

為了滿足設計及計算的信息要求，我們根據相關規范對基坑穩定性、圍護樁墻強度及變形控制等方面的要求，按照實際施工要求及建筑物的基本特征和功能需求設定好圍護墻的各個參數。

3.2 模型的維度、尺寸以及相關參數

考慮到邊界對現有建筑物的影響，統一將模型的邊界確定為結構邊界外側25m。土體采用D-P方式進行施工，并在初始應力狀態分析及開挖過程模擬階段對土體賦予不同的彈性模量，圍護結構、各層結構板和市政管線采用線彈性板單元進行模擬應用，內支撐結構采用線彈性梁單元模擬。

3.3 計算結果

基坑的最大水平位移出現在基坑底面以上接近坑底的部位，與基坑圍護樁墻優化分析時常采用的Winkle地基梁法算得的圍護墻體變形具有相同的規律。在對基坑施工完成之后，既有預留出入口上方雨水管的變形小于其相鄰兩側區域，源于該處水管底部距出入口頂板距離近，而出入口結構沉降小，對雨水管具有類似結構基礎的承托作用。為降低基坑施工時該區域水管因較大差異沉降而增加的水管損傷風險，雨水管敷設施工時，已在預留通道兩側各設置一座檢修井以增加管線對地層沉降的適應能力。地鐵車站的底板變形呈現在近基坑開挖一側較大，往遠處逐漸減小的特征。其中，平面上位于既有預留出入口區域的變形梯度較大。原因為計算模型與所模擬的實際結構具有差異性。各方案的基坑、車站底板及管線變形情況見表1：

3.4 結果分析

通過上述方案的對比分析我們得出，方案1受到的環境影響較方案2、方案3大，但仍可滿足周邊建、構筑物的保護要求，特別是運營地鐵的安全要求。商業基坑雖然說在設計及施工中面臨開挖面積大、與地鐵車站及管線的平行段長度長等諸多問題，但基坑與車站平行段間的水平凈距位于基坑開挖的顯著影響區以外，區基坑與車站既有預留通道的銜接段，基坑的主要變形為橫斷面方向，即平行于地鐵車站的方向，且基坑沿深度方向設置三道內支撐體系，由此對車站的直接影響較小；地鐵車站底板埋深大于本基坑的底板深度客觀上符合相鄰基坑開挖“先深后淺”的基本原則。同時，車站圍護墻底的深度較大，對地層位移具有一定的隔斷效果。因此，在具體的施工進行之前，優先選擇方案一具有很高的商用價值和實踐意義，值得各個相關單位關注和采納。

4 結語

本文以一個實際的深基坑支護工程設計作為研究案例，充分反映出深基坑支護工程所具備的重要意義，尤其是在復雜的環境下，更應當引起特別的注意。一不小心，就將會產生一定的不良后果，對生命財產安全造成威脅，因此在設計研究方面的工作人員應當考慮得更加全面，使設計出來的支護結構更加科學和合理。

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作者簡介：耿強（1986-），男，山西大同人，廣西華藍巖土工程有限公司工程師，研究方向：基坑支護與地基處理。

（責任編輯：黃銀芳）