深基坑支護結構設計方案的優選和應用探析

張濤 沈悅

摘? ? 要：隨著我國社會經濟發展速度的不斷提升，我國的建筑行業也獲得了飛速的發展，每年新增建筑工程項目數量非常多，同時建筑施工安全也成為國家和社會重點關注的一項問題。而隨著地下建筑、高層建筑的數量不斷增多，深基坑工程施工事故也成為發生率較為頻繁的事故，而且這種事故很容易造成群死群傷，后果非常嚴重，因此建筑施工企業必須加強對深基坑支護工作的重視，在加強現場施工管理的同時，還應當做好深基坑支護結構設計優化工作，保證深基坑支護結構設計的合理性，為深基坑支護結構的安全奠定良好的基礎。

關鍵詞：深基坑支護;經濟安全;方案優化

1? 深基坑支護結構設計現狀

深基坑支護設計早在公元前的建筑中就有所應用，古代大型宮殿或地下陵墓在施工過程中為保障結構穩定，會在基坑側壁設置支護結構或管線，這是人類在建筑施工中對深基坑支護結構的早期嘗試。近代以來，隨著地下建筑和超高層建筑的不斷發展，深基坑支護結構在建筑工程中應用愈發廣泛，由于城市化的不斷推進，土地價格提升，地表建筑密度不斷增加，建筑物天際線不斷增高，地下設施深度不斷增加，一般而言，基坑深度大于5m的結構即被劃分為深基坑結構，如果深基坑設計或施工過程中出現技術紕漏或誤差，將對施工人員的安全和建筑質量帶來嚴重威脅。因此，深基坑支護結構設計對建筑物整體穩定性具有重要意義，其設計水平關系到建筑使用壽命及經濟效益。通常，建筑物深基坑支護結構設計移交由獨立建筑單位完成，由于深基坑支護結構設計流程復雜，對規劃需求嚴謹，而設計單位工程人員數量較少，程序不夠完善，不僅影響了深基坑支護結構設計水平，還會滯后整體項目進度，延誤工期。

2? 深基坑支護類型

支護結構是通過在基坑中設置擋土結構，增強基坑結構穩定性，以保障建筑施工過程的安全。合理配置土方開挖模式對保障建筑主體結構和支護體系的完整度至關重要。目前，深基坑支護按土方開挖模式通常分為3種：放坡開挖;擋土墻支護開挖;加固結構。一般而言，放坡開挖是使用較多的支護結構，具有構造簡單、成本低廉、工期短、施工速度快的特點，適用于大多數施工環境。施工前需對現場進行考察，在土質緊致密實度高、邊坡穩定的場地優先采用。

擋土支護開挖常見方法包括：（1）噴錨支護;（2）逆作拱墻;（3）連續墻支護;（4）排樁法;（5）水泥支護法，需結合施工環境及企業條件選擇最優方案。

加固型結構常見方法包括：（1）水泥攪拌樁;（2）注漿加固;（3）網狀加固法;（4）插筋補強;（5）水泥噴粉樁加固法等。設計時，要依據施工環境地質條件、水文條件、基坑深度、工程周期、項目預算等因素綜合制訂最優方案。

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。

3.2 優化設計計算

深基坑支護結構設計的計算法則包括兩種：一是經歷平衡法與等值梁法;二是彈性地基梁m法與彈塑有限單元法。

第一種計算方法是根據墻前后泥土壓力極限平衡條件，對支護結構插入深度以及內力進行計算。在實際設計中通常不采用這一方法，主要原因是：受技術條件限制，很難準確測算出墻前后泥土壓力極限值，一般都是通過估算方式進行。此外，該方法沒有對土體變形、支護結構等進行考慮，計算結果與實際值往往差異較大。由于計算方法比較簡單，可以根據實際情況應用到較為簡單的基坑挖掘施工中。

第二種計算方法雖然考慮到支護結構以及土體變形，但在整體上依然不夠完善。例如，參數m值需要參與計算，但很難進行有效確定。受不同地質條件限制，參考數據在取值范圍上并不相同，甚至存在較大差距。在深基坑支護結構設計過程中，參數m僅僅是一項彈性指標，無法對支護結構插入深度進行直接計算。眾多實踐研究顯示，利用彈性地基梁m法計算得出的懸臂樁支護結構并不符合實際測量得到的位移數據，誤差也超出規定要求，這也就意味著樁后土體變形并不在彈性范圍之內。

目前，深基坑支護結構設計計算的發展趨勢是彈塑有限單元法，該方法不僅考慮到支護結構以及土體變形，而且能夠得出塑性區分布狀況，以此對支護結構穩定與否進行較為準確判定。因此，彈塑有限單元法在深身基坑結構計算上優勢突出。

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? 結束語

綜上所述，深基坑支護結構設計優化是保證深基坑支護結構工程能夠順利進行的必要方式，本文對深基坑支護結構設計的優化方法進行了探究，并且從支護方法選擇、計算模型選擇和設計參數優化三個方面對此進行了分析，發現在進行深基坑支護結構設計時，需要對地質條件、周遭環境等因素進行充分的調查研究，在結合真實情況的同時，選擇合適的支護方法、計算模型，并且對設計參數進行反復驗證、調整，這樣才能保證整個設計的合理性。

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