淺談基坑支護優化設計

馬海翔

摘要：隨著城市化進程的加快，多數建筑工程涉及基坑開挖的問題。為了保障基坑支護的質量，減少對建設項目周圍環境的影響，應加強基坑支護的設計及其優化工作。論文主要介紹了建筑工程常用的幾種基坑支護，分析了基坑支護結構設計及其優化。

關鍵詞：基坑支護;設計;優化

一?基坑支護技術的主要類型

1?鋼板樁支護

鋼板樁主要適用與開挖深度不大地下水位較低的情況，且主要用于砂類土、碎石土和半干土。鋼板樁作用機制是一種邊緣帶有聯動裝置，且這種聯動裝置可以自由組合以便形成一種連續緊密的擋土或者擋水墻的鋼結構體。鋼板樁常見的有拉爾森式，拉克萬納式等。其優點為：強度高，容易打入堅硬土層;可在深水中施工，必要時加斜支撐成為一個圍籠。能按需要組成各種外形的圍堰，并可多次重復使用，因此，它的用途廣泛。鋼板樁形成截面為Z形、U形或其它形狀，可通過鎖口互相連接的建筑基礎用板材。施工簡便，可以重復使用。鋼板樁的常見適用長度為6m、9m、12m、15m，我們在特定情況可按照實際要求定制，但一般最大長度為24m。鋼板樁可根據工程的具體情況，改變鋼板樁的斷面形狀和長度，使結構設計更加經濟合理。

2?土釘墻支護

土釘墻適用于軟弱土層在內的額多種土質，支護深度不易超過6m（加扶壁可加大支護深度），可兼做防滲帷幕，且坑底不應有軟土。不適用于含水豐富的粉細砂層、砂礫、卵石層和淤泥質土等自穩能力差的土層。對于土釘墻而言，是通過鉆孔以及插筋和注漿等進行設置的，其中的作用機制將即刻邊坡通過鋼筋制作而成的土釘做好加固處理，在邊坡位置設置鋼筋網，同時噴射混凝土面和土方邊坡相互結合，其中構造則是設置成為坡體中的加筋桿件和周圍土地加固到一起，形成一個復合體，這樣不僅可以對土地的整體剛度進行提高，同時也是有效的彌補了土體抗拉以及抗剪強度低等弱點。通過相互作用和土地自身的結構強度，可以有效的改變邊坡變形以及破壞等問題，對整體的穩定性進行提高，同時也是可以有效的避免突發性的塌滑，采取土釘墻的支護方式不僅有效的延遲了塑性變形的發展，并且有效的避免開裂破壞的出現。

3?灌注樁支護

灌注樁支護是在開挖基坑周圍，用鉆機鉆孔，下鋼筋籠，現場灌注混凝土樁，樁間距為1～1.5m，成排設置，上部設聯系梁，在基坑中間用機械或人工挖土，下挖1m左右裝上橫撐，在樁背面裝上拉桿與已設錨樁拉緊，然后繼續挖土至要求深度。排樁式中應用最多的一種，在我國得到廣泛的應用。其多用于坑深7～15m?的基坑工程，在我國北方土質較好地區已有8～9m?的臂樁圍護墻。鉆孔灌注樁支護墻體的特點有：施工時無振動、無噪音等環境公害，無擠土現象，對周圍環境影響小;墻身強度高，剛度大，支護穩定性好，變形小。但灌注樁支護也有明顯缺點，樁與樁之間的縫隙易造成水土流失，特別是高水位粉質土的地區。為避免這一問題的出現，再深基坑施工時長采用雙排灌注樁支護技術。

4?地連墻支護

對于地下連續墻而言，是作為基礎工程在地面上應用的一種挖槽機械，也是順著身開挖工程的附近軸線，在泥漿護壁的條件之下，開挖出一個深槽，完成清槽后放入鋼筋籠，之后采用導管的方法注入水下混凝土，使其形成一個單元槽段，通過采取這樣的方式在地下筑成一道連續的鋼筋混泥土墻，該結構是具有著截水、防滲以及承重等作用。目前地下連續墻的最大開挖深度為140m，最薄的地下連續墻厚度為20cm。地下連續墻以其剛度大，止水效果好，是支護結構最強的支護形式。

二?基坑支護結構設計

1?基坑支護結構的設計原則

根據結構破壞程度的不同，基坑工程需采用不同的安全等級，其中結構破壞程度分為不嚴重、嚴重、很嚴重，對應的安全等級為三級、二級、一級。就深基坑支護結構設計來說，其主要按正常使用極限狀態、承載力極限狀態兩種狀態進行設計，其中，正常使用極限狀態又被稱為變形極限狀態，是以變形極限為界，進行相關的基坑設計;承載力極限狀態又被稱為應力極限狀態，是以極限應力值為界限進行的基坑設計。

2?基坑支護結構選型

確保坑壁穩定、保障施工安全是基坑支護的目的;保障附近建筑物（構造物）、管線的安全是基坑支護的要求;保證支護結構施工方便、經濟合理是基坑支護的重要前提。為了達到基坑支護的目的和要求，則需要選擇因地制宜、安全經濟、施工方便的支護體系。要想實現上述目的，在支護體系設計過程中，應根據基坑工程的現場情況和周圍環境，選擇恰當的支護類型，并掌握支護結構的安全變位量，保障支護體系的安全，同時應盡量降低對周圍建筑的影響。

3?基坑支護結構設計的計算方法

有限元法是現階段擋土墻內力分析的主要計算方法，該方法不僅將基坑開挖的多種因素考慮其中，并能夠使擋土結構形式優化、開挖過程科學合理化。就擋土結構有限元分析法而言，其主要包括彈性桿系有限元法、連續介質有限元法兩種計算方法。其中，彈性桿系有限元法具有計算模型簡單、計算參數易獲取、計算結果可靠等優點，是我國當前的重要計算方法之一;連續介質有限元法，在計算機技術不斷提高的背景下，尤其是一些有限元計算軟件的引入，推動了該方法的應用。

三?基坑支護優化

1?基坑支護設計方案優化的重要性

因基坑支護類型較多，相應的設計方案也比較多。為了保障施工的安全有效，在選擇合理支護結構類型的同時，還應對基坑支護方案進行優化。優化基坑支護方案是十分重要的，主要表現為：一是選擇符合工程項目的最佳設計方案，能夠保障基坑的穩定性、安全性;二是設計方案的優化，在一定程度上降低了投資成本，遵循了經濟合理性原則;三是為基坑周圍環境提供了保障，減少了工程事故的發生，極大程度上促進了環境效益、經濟效益、社會效益的增加[2] 。

2?基坑支護優化的內容

就基坑支護來說，其優化內容主要包括三點，即優選基坑支護類型、優化支護結構、實時優化施工過程。具體來說，優選基坑支護類型，根據基坑的地質情況和周圍環境等，綜合考慮各種因素，選擇最佳的支護類型;優化支護結構，其主要在選定的支護類型方案的基礎上，對方案的細部（支護樁的樁徑和樁距，支撐點的位置和層等）進行優化計算，該優化計算主要采用的方法是彈性抗力法，在已知支護系統位移、剪力、最大彎矩等參數的條件下，進行相應的計算，從而獲得準確、有效的計算結果;實時優化施工過程，即在基坑支護的施工過程中，根據實時檢測的信息進行合理的優化，從而保障施工的順利、高效開展[3] 。

3?基坑支護方案的優化方法

對于基坑支護方案的優化，可以采用多目標模糊優化方法，對基坑支護方案的工期、造價、機械設備等方面進行評比和優選，從而找到最佳的支護方案。在實際的基坑支護設計中，應考慮多目標優化問題，因為部分目標存在矛盾，常常無法實現各目標的同步優化，因此，應對各個目標情況進行了解和掌握，從而獲得一個適宜的優化方案。

四?結語

綜上所述，基坑支護是工程項目建設的重要組成部分之一。選擇適宜的基坑支護類型，加強基坑支護的設計方案和施工過程優化，極大程度上保障了基坑支護的質量，從而保障了工程項目的整體質量。

參考文獻：

[1] 黃國海.建筑深基坑支護優化設計分析[J].工程建設與設計，2017（20）：11-12.

[2] 張勇.淺談高層建筑基坑支護處理技術[J].中國住宅設施，2018（05）：119-120.

[3] 吳發堅.論深基坑支護技術方案優化設計[J].科技展望，2016，26（13）：148.

[4] 陳肇元，崔京浩主編.土釘支護在基坑工程中的應用（第二版）.北京：中國建筑?工業出版社，2000年

（作者單位：河北工程大學）