基于深基坑支護工程方案推理機制與優化設計的幾點思考

摘要：本文就深基坑支護工程方案推理機制與優化設計進行研究和分析，基于系統優化這一理論，制定了相應的優化分析程序，并在此基礎上，結合相關實例，就該程序的應用來進行進一步分析。

關鍵詞：深基坑；支護工程；方案；推理機制；優化設計

一、深基坑支護工程的組合方案優化設計

在深基坑支護工程中，所涉及到的因素有很多，如力學、施工場地環境、施工工藝以及施工技術等的。由于深基坑開挖工程和支護工程的方案種類相對較多，通過各種方案的互相匹配，不僅能夠演變出不同整體支護工程方案，同時還可演變出細部結構的各種優化設計方案。因此，在組合各種施工方案時，應基于各種方案自身的特征來實施優化組合。

（一）深基坑支護工程的系統優化設計原則

第一，將定性規則和量化計算有機結合，按照工程條件來進行基坑邊坡土體作用力的計算，在計算過程中，所用計算理論為郎金理論與庫倫理論。同時，將圍護結構與支撐體系的設計可否使土體作用力達到平衡來作為設計依據。

第二，在土體作用力計算結果中應包含開挖方式以及降水效果，將用料的數量或者所用材料造價成本作為優選的參考依據，而各施工方案僅為定性優選所需的參考依據。施工方案的選擇工作可從工程的資料庫來實施。

第三，在明確支護方式時，可事先給定任意一個支護方式，對于土體作用力不可達到平衡的支護方式剔除，循序漸進地來選擇支護方式。可借助于三級選優這一方式來實施優化設計。

（二）組合流程與方式

基于系統優化理論這一角度，對于深基坑支護工程系統所涉及到各因素實施歸類，并劃分為成為相對應的各研究層次，接著又將每一個層次劃分為N個子系統，這些子系統互相獨立且互相聯系。把系統運行的這一初級子系統得到的結果看作二級子系統的邊界條件或者相對應的輸入量，以此使系統進入至二級優化，循環上述步驟，一直到完成整個系統的優化分析為止，通常情況下，基坑支護系統所需的第一級要素一般為土方開挖、支擋結構體以及降排水所構成，這三個方面內容之間的整體作用關系如圖1所示。從圖1中可知，基坑支護工程系統中的一級子系統就為土方施工、降排水以及支擋結構所構成，基于此，可進一步將這三個子系統實施劃分，將其劃分成為二級子系統。

三級優化目標與組合的模式主要表現為以下三點： 第一，一級：這一級為系統優化總目標，其優化的過程主要是對完成二級優化以后且已經達到了最優目標的這三個輸入量實施方案組合，這三個輸入量就是土方開挖系統、支護結構體以及降排水，并將造價最低看作為優化目標，以此來實施一級選優。第二，二級：即對完成了三級優化以后，且已經達到了最優目標的擋土體結構、土體補強以及支撐體系這三個子系統實施方案優化組合，并且將支護結構體的最低造價看作于優化目標來實施二級選優。第三，三級：將擋土體的最低造價當作目標，針對不同擋土結構的特點來實施三級優化，其中土體補強與支撐體系這兩個系統同樣也按照這種方式來實施三級優化。

經過優化目標的明確與深基坑工程系統的綜合分析，借助于計算機的應用，確定優化流程，即首先實施方案的初選，接著細部優化，最后實施綜合評判，通過造價最低這一原則來選優。在深基坑支護工程系統的優化設計過程中，細部優化是非常重要的一個環節，必須要引起足夠的重視與關注。在優化設計中，為便于計算求解，可把工程的設計參數看作于離散變量常見值來實施組合，加大組合數量的控制力度，簡化優化模型。影響工程優化方案最終決策的一個關鍵因素就是造價比較選優，造價評估是基于各地所編制的具體預算定額，通過工程總造價以及工程量的估計所獲得的。基于上述內容，在本次研究中借助于各種編程軟件編制了相應的優化分析程序，該程序具備比較、分析、出圖以及計算等各種功能，其核心計算模塊為VC++，即Microsoft Visual C++，具備集成開發環境的特點，能夠提供各種編程語言，如C語言、C++以及C++/CLI等，且數據的輸入與輸出前端均采用的是VB，即包括協助環境的一種事件驅動編程語言，該語言具有快速應用程序開發系統與圖形用戶界面，便于和數據庫的連接。

二、案例應用分析

（一）工程概述

該大廈位于該市二環周圍，其建筑的總面積為66180m2，其占地面積為3741m2，建筑的總高度為103.7m，且建筑的平面形式為方形布置，地下總共為四層，基坑底部最深處，標高-22.7m，其基礎是鋼筋混凝土稀梁板閥基。由于該工程處于繁華地帶，在施工運輸上述較為困難，同時環境標準要求也相對較高，土方的開挖難度較大，基礎的埋深較大，二次搬運量相對較大。鑒于此，利用所編制的優化分析程序，基于工期性能指標、方案經濟性以及施工工藝復雜程度對該方案實施排序與篩選，通過不同方案的對比分析，基于該工程地質情況和周圍建筑實際情況，在本工程中，基坑支護采取的是擋土墻、混凝土灌注樁、錨噴護壁以及錨桿等聯合型支護結構體系。

（二）具體措施

第一，基坑土方的開挖采取分布實施的方式，通過暴露坡面自身的直立能力來明確分布開挖的實際深度，為保證錨噴網正常的施工，為其提供一個良好且合理的施工環境，每一層開挖的深度保持在1.5-2m區間，堅決不可超深開挖。同時開挖的長度應該基于交叉施工時坡面穩定性的保持來明確，通常情況下，在同軸線上，其開挖長度在15-20m區間。此外，在開挖過程中，為避免對支護土層產生影響，必須要嚴格按照標準要求來修坡，以免因開挖所產生的誤差使得基坑尺寸受到影響。

第二，在錨桿施工過程中，首先應該明確錨桿成孔，按照要求來鑿孔。接著安裝錨桿，根據設計所明確的各錨桿長度與直徑，進行錨桿的加工。在加工過程中，為確保錨桿處于孔核心位置，在間隔大約1.2-2m位置處焊接一個相應的居中支架，緊接著再把錨桿放于孔內。

為確保錨桿和周圍土體能夠緊密粘和，要特別加強注漿作業的控制，在本次工程中，注漿采取的從里向外的注漿方式，把注漿管插入至距離孔底大約0.5m位置處，同時在孔口處還應綁扎相應的止漿布袋，以免漿液的流出。

第三，設置相應的測點，采取動態監測的方式。在報警值出現以后，應加大監測的頻率，監測的重點主要為地面下沉值與坡面位移值，對施工現場周圍環境變化以及基坑自身變形情況實施動態監測，及時進行施工流程的調整，以此為工程的設計以及施工等提供合理且科學的信息，從而實現設計與施工的最優化。

第四，超過-16.5米應采取半圓旋噴樁和支護樁來共同形成為止水帷幕，低于-16.5米則采取擺噴樁止水帷幕。首先利用鉆探機來實施引孔，接著在成孔井內進行樁機噴管的旋噴以及擺噴。其中在提升時，若孔口未返漿，必須要噴射到返漿為止才可繼續進行提升。噴射過程中，要注意噴槍口和受噴面之間的距離應控制在1-1.2米區間，以免因距離過大對混凝土密實度造成影響。

結束語

綜上所述，在深基坑支護工程設計與建設過程中，應充分發揮基坑邊坡土體自身所具備的這種支撐潛力，通過支護類型、施工方案、環境適用性以及降水技術等情況的綜合考慮，基于造價最低這一原則來實施三級優化，從而確保優化設計方案滿足工程建設需求。

參考文獻

[1] 侯新宇.復雜地鐵基坑地下連續墻支護結構變形特征及其風險分析[D].東南大學，2012.

[2] 劉江磊.基于ANFIS模型的基坑巖土力學參數反分析及其應用[D].中國地質大學（武漢），2010.