建筑深基坑支護優化設計研究及應用

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摘要：隨著我國建筑行業的發展和車輛數量的增多，很多建筑商都會要求向地下深度開挖，以此可以多建設基層地下室、停車場等。而深基坑開挖的越深，那么所需要的費用和難度就越大，而且稍不注意就會影響深基坑工程的質量，因此要做好基坑支護優化工作。本文主要分析了建筑深基坑的發展及存在的問題，闡述了三種建筑深基坑支護的優化設計方案，并針對深基坑支護優化方案的實際應用進行了研究和分析，以期降低施工成本，提高施工質量。

關鍵詞：建筑；深基坑；支護優化設計

目前建筑行業的發展不僅只是將建筑建設的越來越高，還將建筑建設的越來越深，如擴大停車場的使用面積，增加地下室等。為了保證建筑的安全穩定性，需要通過擴大深基坑開挖的規模的方式，這樣會導致深基坑的施工難度加大、施工成本增高，從而致使建筑工程很容易出現問題，因此必須要針對深基坑工程的支護結構進行優化設計。目前我國深基坑支護結構優化設計還存在一定的問題，本文主要對支護結構的優化設計方案進行研究和探討。

一、建筑深基坑設計的發展及存在的問題

隨著我國城市的發展越來越快，人們的生活水平越來越高，需要使用的空間越來越廣，因此很多建筑商就通過開挖地面，利用地下空間為人們提供空間。然而深基坑的開挖，很容易對周邊的環境產生影響，如果施工不當，會產生坑底的土質隆起，土體推移等情況，甚至還會出現危害交通干道、居住樓等場所。如1993年深圳新世界大廈基坑壁塌方事故，1994年昌都大廈基坑事故，2005年廣州海珠域廣場基坑事故，這些都是因為建筑深基坑支護設計不合理而出現的事故。

根據不同的建筑和深基坑特點，所使用的支護結構也不一樣。支撐結構的主要作用是承受擋墻傳遞的水壓力和土壓力，其中錨拉體系主要適用于巖土層中，內支撐體系主要適用于軟土質中。圍護結構也分為很多種形式，主要包含板柱式、柱列士、組合式等。

目前計算支護結構內力和土體變形的方法有極限平衡法，土抗力法等。癌進行支護結構的內力計算時，主要是通過解決支護結構承受的靜荷載和動荷載，其中靜荷載是指結構上底層的壓力，動荷載是指土體為介質傳導的壓力。計算結構內力的集中方法都存在一定的問題，如極限平衡法只能通過粗略的估算，因此所計算出的結果精確度不高。而土抗力法則是充分考慮實際受力情況，因此所計算出的結果精確度較高。

二、土釘墻支護結構的影響因素及優化

影響土釘墻支護結構的主要因素有土釘長度、土釘傾角、土釘間距、土釘直徑以及鉆孔孔徑等。其中土釘長度最好為0.5H到1.2H，這種長度能夠保證土釘的尾部和其他地方不會因為內力差距的原因而出現破裂問題，因為一旦出現破裂問題，則會使深基坑失去穩心。土釘的傾角做好選擇在5度到15度。為了保證土釘的強度，因此在設計土釘水平間距和豎向間距時，應選擇為1米到2米。另外土釘直徑最好為16毫米到32毫米，鉆孔孔徑為70毫米到120毫米。

公式（1）

d為直徑，D為孔徑，L為長度，Sh和Sv為水平間距和豎向間距。

公式（2）

f（X）為造價，n為土釘道數，Cb為鋼筋單價，pb鋼筋密度。

通過公式（1）和公式（2）可以了解到f（X）值越小，那么可行程度就越高。優化方案為①先輸入基坑和土體的相關參數，再根據約束條件生出n個初始解，并計算出土壓力水平分力的相關值。②根據相應的公式計算出初始土釘的長度，從第一層開挖時對土釘墻的穩定性進行驗算。③將以上所有計算的結構帶入到目標函數中，并將所得的結果轉換為適應值。在進行計算時，要注意重復驗算，保證最終結果的處在最優值。

三、懸臂護坡樁支護結構的影響因素及優化設計

影響懸臂護坡樁支護結構的主要因素有樁體直徑、嵌固深度等。

公式（3）

x1為排樁水平間距，x2為樁體直徑，x3為樁體受力配筋面積。

公式（4）

根據公式（3）和公式（4）可以對支護結構進行計算和優化，主要步驟為①先輸入基坑和土體的相關參數，再根據約束條件生出n個初始解，并計算出土壓力水平分力的相關值。②計算出最小嵌固深度和土層，并將相關數據代入目標函數求得最終的結果。

四、排樁支護結構中錨索結構的優化設計

排樁支護結構中錨索結構的主要作用是控制位移，具有結構合理、施工效率高、施工成本低等優點。但如果錨索體結構超出規定范圍的部門不能進行回收時，其會給附近的土地造成污染。

傳統的錨索體施工方式主要是利用拉索材料的粘結力起到加固土體控制的作用。目前主要的技術是預應力錨索錨固技術，主要通過改變錨索體的受力方式，對可拆卸重復使用預應力錨索技術進行優化，從而促使施工成本減少。重復使用還能夠有效解決地下污染的問題。

五、建筑深基坑支護優化設計的實際應用

北京市朝陽區某工程項目占地2.36萬平方米。規劃面積達到16.8萬平方米按，其中地下面積有5.2萬平方米。工程項目主要包含31層、15層和12層等三幢辦公樓，以及三層的地下停車庫。周邊地勢較為平坦，地質以粘性土、粉土和砂土為主。該工程基坑開挖深度為16.5米到17.8米，邊坡支護長度540m，考慮到基坑太深，支護長度太長，應對支護結構采取優化措施。

根據相應的計算和分析，最終確定該工程項目的支護方案為上部土釘墻+灌注樁+錨桿。根據對該種方案的施工工期、施工造價、環境污染以及安全可靠性進行評判，最終可以確定該種方案最適合該工程項目。和該種方案一起評判的還有地下連續墻支護、灌注樁+錨桿、灌注樁+內支撐等三種方案。

結束語

綜上所述，如今建筑商對空間的利用越來越大，無論是高空還是地下都建立了廣闊的使用面積。面對規模更大的建筑，則需要建立相應規模的基坑，然而基坑規模越大，施工成本和難度也會增加。通過上述分析可知，通過勘測和計算相應的參數，能夠有效對施工成本進行優化，提高施工質量。

參考文獻：

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