深基坑支护结构设计的优化方法
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作者: 郭群宏 余文戈
摘 要：随着现代经济的发展，城市高层建筑不仅可以增加城市的绿化面积，还可以缓解城市用地紧张。但确保高层建筑安全的基础是深基坑支护，深基坑支护影响着高层住宅的工程质量，主要承载着整个建筑体的框架，直接影响着高层建筑的使用寿命。简单的探讨了建筑物深基坑支护结构中需要值得注意的问题和在设计方法上的优化和选择，提出了几点建议。
关键词：高层建筑；深基坑；支护结构；建议
随着现代城市的不断兴起，许多高层建筑也随着出现，追求高品质的生活的前提是有安全保障。深基坑支护施工对高层建筑的稳定性和安全性起着基础作用，以此看来深基坑设计已经成为了高层建筑的发展趋势，但目前的深基坑工程投资比较大，对安全性要求比较高以及深基坑设计技术和施工手段都还不是很成熟，所以在工程成本和安全性两者之间的平衡点是目前建筑关注的重点。
1 深基坑支护优化设计
1.1 深基坑设计优化要求
鉴于深基坑在条件差、进度快、质量高、任务重等前提下进行实施，这对于设计人员和施工人员都是一个不小的难度，在设计与施工中的具体要求是设计先进、施工方便、安全可靠、经济合理。
1.2 深基坑支护结构设计计算法制
深基坑支护结构设计计算法则主要有两种，一是经历平衡法和等值梁法，一是弹性地基梁m法及弹塑有限单元法。前者是利用墙前后的土压力极限平衡条件，算出支护结构的内力与插入深度。不过该方法已经失去了原有的地位，是因为墙前后泥土的压力是否达到极限，这并不能测算出来，很多情况下都是经过推测来得出，并且这个方法还没有考虑泥土结构和变形，所以会对结果产生很大的影响，但对于比较简单的挖掘基坑，该方法胜在简单，可以根据经验来合理运用。对于后者，m法是考虑了土体变形与支护结构，但仍不完善。比如参与计算的参数m很难确定，由于各地的地质条件的差异，参考文献中的参考数据取值范围也相差很大。参数m虽按弹性体计算变形，但在实际中，参数m只是一个反映弹性的指标，并且m法也不能直接计算出支护结构的插入深度。据数据表明，采用m法在实际中计算出的悬臂桩住户结构和实际测量的位移有很大的差距，已经超出了能够承受的范围，这表明桩后的土体变形已经不属于弹性范围了。而有限单元法作为今后的基坑支护设计计算的主要发展方向，其优点在于对于土体的变形和支护结构的变形进行了考虑，还可以得出塑性区分布，用以判断支护结构的稳定性，在结构计算方面得到了很好的发展，建立了基坑支护结构与土压力空间非线性共同作用计算方法和计算机计算程序，但在塑性区的稳定性和范围定量关系经验不足。
1.3 设计优化思路
首先要根据工程的地质条件、地形和当地的建筑经验来综合考虑设计方案，必须要符合各项法律法规，保证技术新、安全性高、经济实惠、施工方便等，因此在支护结构选择和优化上可以如以下步骤来实行：
如果对于基坑深度不大的支护工程，首先应该考虑悬臂式支护结构，其结构形式可以分成地下连续墙与桩排支护结构。它主要是利用地面下的土压力保持支护结构的平衡，当工程边坡土质比较良好以及地下水位比较低时久可以采用桩排支护结构。由于地下连续墙拥有良好的整体性、防水性和抗弯性，并且墙体的长度可以根据工程的需要进行调节，各种深度的基坑都可以运用，也可运用逆作法施工，所以在目前的运用比较广泛。而悬臂式板桩支护结构的特点是不需要构筑和拆除支撑结构，也可以为基础施工与土方作业提供空间，该方法对于被动区土层比较良好时和基坑较浅时，经济效益比较良好，反之基坑深或者被动区土层性质不佳，就要求桩径和钢筋量增多，就不是很经济合理了。如果基坑深度比较深，而且要求边坡变形比较高时，就应该考虑采用悬臂式支护结构增加内支撑结构，内支撑一般运用内支撑形式或者锚杆拉接方式和悬臂式支护结构组成混合式支护结构。如果悬臂式支护不适合该工程，那么就要采取其他的方式，比如土钉、钢板桩、拱圈等，设计人员应该根据当地的实际情况来分析选择支护结构的形式、种类和材料。
在设计中最不能忽略的就是地下水分的影响，对深基坑支护结构的影响很大，当该工程的基坑土层渗透系数比较高时，采用井点降水法不仅是一种比较经济的方法，还能使基坑保持干燥便于施工，同时还能改善土质的物理性质减少支护结构变形，有效的保护了基坑支护结构，实现建筑的安全性。如果基坑底层的土质渗透系数小，也可以运用高压旋喷注浆与深层搅拌桩做成一种止水帷幕，该方法由于造价成本低，是目前实际中运用的比较多的方法之一。对于基坑支护结构，无论是坑中的水分还是地表上的滞水，都应该受到强烈的重视，地表的滞水通常使用集水井和排水沟进行收集，然后集中的排除，最后采取一定的保护措施，这些都对放坡的基坑有重要的意义。
2 对深基坑设计优化的建议
2.1 加强设计人员的综合素质
由于基坑的设计对高层建筑的安全有着直接的联系，由于影响基坑设计的成果的因素很多，所以在设计中对地基的参数取值、试验方法、地下水的处理在设计中都应该必须考虑到，以及设计人员要对水文地质和工程地质方面的知识有一定的研究，所以基坑设计人员的综合素质还应加强。
2.2 设计优化中运用动态设计与信息技术相结合
由于基坑设计不确定的因素很多，设计时也不可能每一个细节都能考虑到，最多设计中比较重视基坑支护结构容易产生的事故进行考虑，针对其他的不确定因素，设计人员应该采用动态的设计方法，并与计算机信息技术相结合，更快的解决设计中没有考虑的到问题引起的麻烦，并在施工中及时的对计算机反馈的数据进行处理，保证工程的正常运行。
2.3 对基坑开挖过程中遇到的时空效应
由于无法精确的计算，通常采用的是经验法，如果能够解决这一问题，那么在基坑设计和优化中具有重大的意义。
参考文献
[1] 肖武权，冷伍明.深基坑支护结构设计的优化方法[J].岩土力学，2007， 28（6）.
[2] 刘聪宁.基于深基坑支护结构设计与施工技术的探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2012（35）.
作者简介：郭群宏（1978.09- ），男，陕西旬邑人，国际工程部副部长；余文戈（1978.01- ），男，重庆涪陵人，项目部副经理。
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