深基坑支護結構設計的優化方法

劉肖　劉兵

【摘 要】隨著科學技術的不斷發展和現代建筑工藝的逐漸進步，各種新型現代建筑技術層出不窮，建筑質量獲得了有效的提升。深基坑支護結構是當前建筑領域應用比較廣泛的一種施工技術，論文主要針對深基坑支護結構設計的優化進行探討。

【Abstract】 With the continuous development of science and technology and the gradual progress of modern construction technology， various new modern construction technologies have emerged one after another， and the building quality has been effectively improved. The deep foundation pit support structure is a construction technology widely used in the construction field. This paper mainly discusses the optimization of the support structure design for deep foundation pit.

【關鍵詞】深基坑支護結構;設計;優化方法

【Keywords】 deep foundation pit support structure; design; optimization method

【中圖分類號】TU473? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）06-0163-02

1 引言

隨著城市人口的不斷增多，對空間的利用率要求也越來越高，高層建筑項目建設數量也在不斷增加。在當前新的建筑發展形勢下，采取科學的支護方式并配套使用相應的施工技術，是保證建設項目安全性和可靠性的前提。深基坑支護結構能夠適應現代建筑發展的要求，保證施工安全，根據實際施工情況可以發現，優化之后的深基坑支護結構設計不僅能夠保障施工的安全性和可靠性，而且還可以有效降低成本，縮短工期，提高工程建筑質量，具有良好的經濟效益和社會效益。

2 當前深基坑支護結構設計過程中存在的問題

2.1 土體取樣問題

在深基坑支護結構設計工作開展之前，設計人員首先需要對施工場地和施工地質條件進行系統全面的勘探，明確地基土層類型以及含水量，并做好土體相關試驗工作。從實際土體測試與土體取樣過程來看，測試人員在土地取樣期間隨機性較強，沒有嚴格按照相應標準和流程規范要求進行，導致取到的土體樣品無法真實地反映出當地的地質條件和地基土層性質，影響方案設計的合理性和科學性，從而導致后續施工存在一定的問題，影響整體工程質量。

2.2 支護結構計算問題

結合建筑工程項目建設要求以及當地實際情況進行深基坑支護結構設計，并開展有效的計算工作，明確各個部件支撐受力情況，以有效評估施工方案的可行性和安全性。目前，多以極限平衡概念為基礎開展深基坑支護結構的受力計算工作，在理想狀態下，極限平衡理論所采用的安全系數具有建筑項目施工參考價值，但由于現實建筑環境相對比較復雜，具有多變性的特點，因此，現實安全系數通常難以充分匹配支撐結構發生損壞的情況，導致計算結果出現誤差，影響后續施工的判斷。從某種程度上來說，建筑工程項目以極限平衡理論為指導開展的計算工作往往只適用于靜態設計條件。在土體開挖這一動態平衡過程中，安全系數難以有效匹配，同時，隨著時間的不斷推移，相應土體的強度會逐漸降低，并進一步產生變形問題。在具體計算的過程中通常會出現土體變形和土地動態變化問題，引起較大的計算誤差，導致計算結果難以滿足實際工程建設要求。

2.3 開挖空間效應難以得到滿足

在深基坑支護結構設計與施工過程中，深基坑開挖一旦出現水平位移過大的情況，將會影響附近土體的狀態，深基坑開挖土體的水平位移呈現兩邊小中間大的狀態，并從基坑附近向基坑內進行，位移現象的產生會引起邊坡失穩，影響開挖空間的穩定性和安全性。以往以平面應變的形式進行深基坑支護結構設計問題的處理，這種處理方式難以滿足所有基坑條件，通常只適用于長條形的基坑。因此，在設計過程中，要合理做出深基坑支護結構的假設，結合深基坑支護結構設計的具體要求以及相關方案，合理調整支護結構構造，以滿足工程項目建設的空間要求。

3 深基坑支護結構設計的優化方法

3.1 優化結構方案

做好深基坑支護結構設計的優化工作，可以顯著降低施工成本，提高施工效率，縮短施工工期，保障企業的生產效益。首先，設計人員在進行設計方案選擇時，需要以目標特征值矩陣為指導，對深基坑支護結構方案進行準確合理評價，并擬定一個值作為評價指標。組建專業隊伍評估深基坑支護結構多種方案的工程造價、成本、可靠性、施工技術、施工工藝、污染問題等，針對各個因素對施工建設的影響程度給予合理評分，通過收集評分評價施工方案的可行性。在方案步驟優選的過程中，工作人員可以采用歸一化的處理方式，降低一個評價內容獲得的指標值進行處理，得到最優化的設計方案，保證計算結果的準確性和科學性。

其次，設計人員需要建立起一個明確的層級結構模型和判斷性質的矩陣，將安全理念、環保理念、經濟理念、便攜理念融入層級結構模型中，使結構模型滿足建設需求，并利用判斷矩陣充分反映出各個因素的重要性和價值。然后，采取一致性檢驗與層次單排序的方法進行施工方案的評估，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，區別不同因素對方案設計的影響，優選出最佳設計方案[1]。

3.2 優化設計計算工作

深基坑支護結構的計算方法包括彈性地基梁m法、彈塑有限單元法、經歷平衡法以及等值梁法。彈性地基梁m法可以充分考慮到土地變形和支護結構破壞情況，但使用過程中仍然具有一定的局限性。比如，在深基坑支護結構設計過程中，難以有效確定m值，m值受到地質條件和環境因素影響較大，參考數據取值范圍存在較大差異，影響計算結果的準確性。同時，由于參數m僅僅代表一項彈性指標，在進行深基坑支護結構設計過程中，難以直接計算支護結構的插入深度。利用該方法計算所得到的支護結構并不匹配實地測量所得到的位移情況，計算誤差嚴重超出規范要求。經歷平衡法與等值梁法主要是通過墻前后泥土壓力極限平衡條件進行支護結構插入應力情況和深度的計算，該方法應用并不廣泛，受到技術條件限制，難以有效計算出泥土壓力的極限值，在計算過程中也沒有充分考慮到支護結構以及土體變形的影響，計算結果無法為施工設計提供有效指導。因此，在深基坑支護結構挖掘施工過程中的應用并不多。目前應用比較廣泛的深基坑支護結構設計計算方法是彈塑有限單元法，彈塑有限單元法可以有效獲得塑性區分布狀況，并綜合考慮土地變形情況以及支護結構穩定性，準確判定深基坑支護結構發生形變的概率以及發生形變的程度，可以得到準確的計算結果，為設計方案的調整與后續施工的質量提供專業的數據[2]。

3.3 細部優化深基坑支護結構

對深基坑支護結構方案進行細部優化可以有效降低工程增加成本，保證施工方案的可行性。深基坑支護結構的細部優化需要綜合考慮數據方案中的變量約束條件、目標函數以及優化算法這三個部分，做好深基坑施工的材料控制、人員控制、設備控制以及環境控制。相對來說，深基坑支護結構優化方案中所包含的參數比較復雜，類型較多，這些參數在某種程度上決定了影響深基坑支護結構穩定性的具體因素。確定優化方案的約束條件，結合約束條件劃分深基坑支護結構的安全等級，并確定結構變形范圍，根據具體的數字計算得出相關結論。在確定深基坑支護結構細部優化約束條件之后，可以應用計算機技術和軟件技術進行計算，保證數據的精確性，將深基坑支護造價成本控制到最低，提高企業的經濟效益。深基坑支護結構方案的優化設計與計算活動息息相關，設計人員可以采取動態規劃法進行詳細的編程，獲得計算結果。現代信息技術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，數據越來越精確化，比如，在深基坑支護結構中可以通過工具箱進行方案優化設計的計算。

4 結語

綜上所述，深基坑支護結構設計在我國當前建設領域的應用越來越廣泛，直接關系著項目建設質量和項目建設進度。隨著建筑工程項目施工環境的日益復雜，有的深基坑工程在設計施工期間存在較大的風險，施工難度大，容易出現變形和破壞問題，影響施工的安全性，因此，需要不斷加強深基坑支護結構設計的優化，創新施工工藝和施工技術，提高基坑支護效果，從而推進建筑行業的可持續發展。

【參考文獻】

【1】廖 瑛，夏海力.深基坑支護系統的模糊綜合評判[J].科技通報，2004（04）：334-338.

【2】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，2007，28（06）：1201-1204+1211.