支護結構設計優化探討

姜廣占

（廣西華藍巖土工程有限公司，廣西南寧 530000）

0 引言

隨著工程建設的快速發展，項目所面臨的環境趨于復雜，但支護結構特別是臨時支護往往作為附屬設施，在項目建設中重視度不夠，由于其對項目安全、造價、工期甚至可行性等有著重大影響，理應予以重視。本文對支護結構設計的過程進行了一些思考，并針對各因素舉例分析，力求支護結構更貼近實際需求，安全可靠，減少浪費[1]。

1 設計優化階段

一般來說，主體結構的造價、工期等可以相對準確的進行測算，但不同的支護結構對應的造價和風險差別很大，理應予以重視[2]。

在項目整個實施過程的各階段，支護設計優化都可以發揮作用，主要包括以下4 個方面。

1.1 建筑設計階段的優化方向

在建筑平面和豎向設計階段應收集到場地的地形圖和環境信息（包括無人機航拍圖），與建設方和建筑設計單位密切配合，提出合理化建議。例如，深基坑盡量遠離已有建筑，坡地建筑避免大挖大填，合理壓縮地下室層高，機械車位、消防水池、設備房等坑中坑盡量選在對支護深度影響小的區域。具體細節很多，期間建筑設計跟巖土設計多交流溝通，在滿足建筑需求的前提下盡量避免支護結構處于不利狀態，在設計階段做好平面和豎向設計對整個支護結構具有重大影響。

1.2 勘察成果對支護設計的影響

勘察工作是設計工作的重要前提，場區巖土分布情況和巖土參數是支護結構選型的決定性因素?？辈鞆臉I人員水平參差不齊，所以有經驗的設計師應有獨立的分析判斷能力，力求甄別巖土參數的合理性，以及地下水的類別、水位等，這些因素對支護選型有決定性影響。

1.3 支護設計階段具體問題具體分析

支護設計階段需要進行支護的區域、支擋高度或深度等的確定工作，勘察資料基本翔實，此階段重點是結合項目的具體情況選擇合適的支護形式，要考慮安全、經濟、施工難度和便利性、工期等要素。設計過程施工單位應該要介入，提出施工場地臨時設施、道路等布置方案，支護設計要充分考慮施工的現場需求。

1.4 施工和使用階段的有效控制

設計目的的實現主要靠施工單位的配合和各方的監督，做好施工前的技術交底，施工過程中發生問題及時反饋，做好動態設計、有效監測和后續維護等。

2 優化設計案例分析

本文重點討論設計階段的支護優化選型問題，雖然影響支護結構設計的因素眾多，但總結起來主要包括工程水文地質、周邊環境、施工條件等，本文將分別舉例分析[3]。

2.1 案例一——某鋼板樁支護優化

某基坑采用鋼板樁支護鋼板樁兼擋土和止水作用，原設計采用通長的鋼板樁支護，嵌固深度必須滿足抗傾覆和整體穩定性驗算。經分析，可將支護樁分為兩類：即支擋用樁和止水用樁，而止水樁只要進入隔水層一定深度即可，經與設計人員溝通然后調整設計，減小止水樁的樁長，節約造價近20%。鋼板樁支護原設計以優化后（立面）分別如圖1 和圖2 所示（暫不討論鋼板樁的合理性）。

圖1 鋼板樁支護原設計（立面）

圖2 鋼板樁支護優化后（立面）

通過案例一可以了解到當工程水文地質條件較復雜時，可針對不同的支擋目的進行分析，然后在整合到一起并進行優化。

2.2 案例二——某基坑支護優化

某4 層地下室基坑采用樁撐支護方案，設3 道水平撐。特殊的地方是一側坡頂外約4m 處有相鄰小區的已建成擋墻，高度約3~4m，擋墻較破舊，設計在擋墻坡腳增加了一排支護樁，目的是保護舊擋墻。但是這個思路有一個施工難題，即如何保證坡頂支護樁施工不會對擋墻造成破壞，支護樁貼近擋墻施工不可避免會對其造成影響，有較大的工程風險。針對這種情況，筆者建議在舊擋墻外側做一個混凝土板防護，保證毛石擋墻的整體性，在基坑支護樁和冠梁施工完成后再增加底板和加強肋，與冠梁活動連接，保證支護結構變形不會牽拉到擋墻；同時為更有效地控制變形，適當調整各層支撐的高度，優化開挖工況（回填工況沒有變化）。該做法相對更簡單直接，施工風險小，造價上也有明顯節約?；又ёo原設計及優化后（剖面）如圖3 和圖4 所示。

圖3 基坑支護原設計（剖面）

圖4 基坑支護優化后（剖面）

案例二是關于環境影響控制，基坑開挖會對環境造成影響，同樣，支護結構施工也可能會造成影響，甚至破壞力更大，所以設計階段要統籌考慮。

2.3 案例三——某擋墻支護方案調整

某小區地坪標高高出小區外道路約3m，高差不大，原設計采用毛石墻支護，但水電專業在臨近擋墻的地面下埋設了大量管線，且因為現場施工管理的問題，管線已經埋設完成，但擋墻尚未施工，在計劃施工擋墻時發現幾乎無法施工。擋墻基礎下為雨水管，即擋墻基底持力層已經被破壞，且擋墻施工臨時挖方會影響到燃氣管線。

針對這個棘手的問題，筆者提出了兩個思路。

思路一本質上是重力式擋墻的變形，通過一個箱型混凝土結構跨越雨水管，箱體下雨水管周圍采用褥墊層保護，箱體內充填碎石，提高箱體的抗滑移和整體穩定性所需豎向力。施工過程中將燃氣管線暴露出來，做好臨時防護，待回填后再重新敷設。

思路二是緊貼紅線施工一排支護樁，因雨水管外邊緣距離紅線僅700mm，所以樁徑控制在500mm，這個方案要求支護樁要準確定位，且保證雨水管的埋設誤差可控。

現場經調查核實后最終選擇了較簡單的思路二支護樁方案，但思路一對于這種特殊情況仍不失為一個可借鑒的做法。擋墻支護原設計及優化思路一、二（剖面）分別如圖5~7 所示。

圖5 擋墻支護原設計（剖面）

圖6 擋墻支護優化思路一（剖面）

圖7 擋墻支護優化思路二（剖面）

案例三中除了現場管理的問題之外，各專業設計階段缺乏有效溝通也是一個重要原因，而處理問題的方式主要集中在如何減少對現有管線影響的前提下，滿足支護要求。對于復雜條件首先要厘清各種影響因素，把握主要控制要素，支護選型上要求技術人員采用變通和靈活的設計思路，然后在可行的條件下有取舍的去選擇。

2.4 案例四——某擋墻支護的適用性設計

某小區地坪與外側道路高差約5m，設計為充分利用紅線內用地，采用了毛石墻支擋，墻外側緊貼用地紅線，墻趾卻超出用地紅線，顯然無法滿足報建要求。只能選擇適當退距，但退讓后無法滿足坡頂停車和綠化要求。

因為高差相對較大，取消墻趾會存在安全隱患，而墻趾又必須在紅線內，這個矛盾需要想辦法解決。筆者建議改用扶壁式擋墻，墻頂以下合適深度開始適當懸挑，以滿足覆土和管線埋設要求，為保證外立面美觀，墻外側可采用輕質填充墻后進行美化處理。毛石擋墻原設計及調整后（剖面）分別如圖8 和圖9 所示。

圖8 毛石擋墻原設計（剖面）

圖9 擋墻支護優化調整后（剖面）

案例四的核心問題是需要同時滿足安全和功能要求，再次反映了支護設計中變通的重要性，本案例可作為類似情況的有效參考做法。

2.5 案例五——某邊坡抗滑樁設計錯誤

南寧市某中學邊坡，由于位于坡腳的廠房施工開挖邊坡坡腳導致滑坡，設計采用了抗滑樁方案，如圖10 所示，筆者認為這個滑坡設計至少存在兩個嚴重問題。

圖10 邊坡抗滑樁支護剖面

（1）關于滑動面，高差僅6m，而設計計算采用的推測滑面已經深入坡體，這點不得不存疑。開挖坡腳導致的滑坡一般屬于牽引式滑坡，大概率是表層土的滑動，滑面很難切入坡體深處。僅憑推測滑面進行設計計算必然導致支護結構的浪費，太過于保守。

（2）采用抗滑樁姑且認為是合理的，樁后的高壓旋噴樁改良土體的意圖則實在無法理解，后質詢設計人員，解釋是為了滿足飽和工況下的計算，因為設計人員把所謂的“滑動面”以上巖土層全部按飽和抗剪強度參與計算，下滑力過大。試想如此厚度的泥巖在什么條件下會全部飽和？泥巖用高噴加固過其強度提高的幅度也很有限，加固后的泥巖就不會發生飽和？這個實在讓人無法理解。

然而上述問題與設計人員多次溝通未果，最后由于工期問題草草施工，著實讓人遺憾。

不難看出，案例五本身并不復雜，就是一個簡單的開挖坡腳引起的滑坡問題，但設計人員對規范的理解、工程經驗等明顯是嚴重欠缺的，整個設計思路讓人無法理解，校審人員的缺失，有關管理部門的缺位，錯誤在所避免。

3 結語

限于篇幅，本文僅討論5 個案例，但反映出支護設計復雜多變的重要特征，設計過程中除了收集與支護設計有關的各種信息外，對信息的加工處理才是最重要的環節，設計人員不但要求有扎實的理論和豐富的經驗，更要具備一定的思辨和變通能力，通過分析思考找到問題的核心所在，選擇合適的支擋形式，盡量做到方案安全、經濟和便于施工[4]。