秦海軍

（廣西華藍巖土工程有限公司，廣西 南寧 530001）

【摘 要】在我國建筑行業(yè)中，深基坑支護設(shè)計是急需解決的一大難題。深基坑結(jié)構(gòu)在建筑施工中有非常重要的作用?；又ёo結(jié)構(gòu)不但要保證坑內(nèi)人員的安全作業(yè)，并且還要保證基坑周圍的建筑物及大型設(shè)備的安全使用。由于基坑周圍的基土具有很大的不確定性，并且不同施工現(xiàn)場的基坑周圍的環(huán)境不盡相同，因此在進行基坑設(shè)計時，往往需要考慮許多可能影響基坑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及安全性的因素。而且就預(yù)算來說，基坑支護設(shè)計的預(yù)算要比其他結(jié)構(gòu)的預(yù)算高出很多。如何較好地解決經(jīng)濟問題和結(jié)構(gòu)的安全問題，是當前基坑支護設(shè)計面臨的首要問題。文章介紹了基坑支護及邊皮支護的施工方法，并且對不同地基的處理方法也進行了說明。

【關(guān)鍵詞】建筑深基坑；支護方法；優(yōu)化升級

【中圖分類號】TU470 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）03-0073-03

為了解決人口不斷增加的壓力，設(shè)計人員開始向地下及高空探索空間。越來越多的高樓拔地而起，并且要求每一個建筑物都要建設(shè)地下室，因此深基坑施工就顯得尤為重要。如何做好支護結(jié)構(gòu)，成為當下相關(guān)企業(yè)考慮的首要問題。針對環(huán)境的多變性及工藝的復雜性，在基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計及施工中需要注意許多問題，本文將著重探索這些問題的解決方法。

1 建筑深基坑支護的重要性

基坑是一個建筑物能夠安全存在的基礎(chǔ)，基坑質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到高層建筑物能否經(jīng)得起時間的考驗，為用戶提供一個安全的避風港。為了保證建筑物自身、周圍建筑物及建筑物地下的管線管道不受深基坑的影響，需要在設(shè)計基坑前就對該地區(qū)的土壤進行勘察。并且，由于建筑深基坑涉及結(jié)構(gòu)力學及液壓問題，因此設(shè)計時需要解決的計算問題也非常復雜。此外，深基坑支護體系除了要保證相鄰建筑物和周圍大型設(shè)備能夠正常安全使用以外，還要防止地下水深入基坑，保持深坑內(nèi)部的干燥。

2 深基坑支護結(jié)構(gòu)的主要計算方法

2.1 彈性抗力法

彈性抗力法的一大亮點就是對以往計算擋土墻被動土壓力時的方法進行了優(yōu)化。擋墻的位移往往具有一定的控制要求，由于內(nèi)側(cè)不可能完全轉(zhuǎn)變成被動狀態(tài)，因此實際的情況是擋墻仍然處在彈性抗力階段。該方法與傳統(tǒng)方法不同的地方就在于橫向抗力的加入，這個概念是用來形容其在墻體上的水平荷載及柱狀承受力的。將墻體上的水平荷載當做是外側(cè)的主動土壓力進行計算，同時用彈性抗力系數(shù)來模擬土對于墻體的水平支持，用彈簧模擬支錨結(jié)構(gòu)。

2.2 極限平衡法

該方法雖然是在經(jīng)典理論的基礎(chǔ)上進行計算，但是通常采用的結(jié)果來自朗肯和庫倫理論。因為在實際工作中，真正的土壓力不能與理論上的土單元體進行互換。根據(jù)強度理論基礎(chǔ)，將土體當成承載體的是庫倫理論的基礎(chǔ)，當其達到極限狀態(tài)表面的滑動模式時再轉(zhuǎn)變成現(xiàn)行滑動面的結(jié)果。而朗肯理論本身就是一種線性滑動面理論，庫倫理論只是在一定條件下才與之有一定的相符性，但不能直接說兩者是等同的。因此，經(jīng)典土力學理論更適合用來計算主動土壓力及被動土壓力、柔性擋土墻內(nèi)力及用于墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計等，這樣的計算結(jié)果才能支撐開挖程度不深的基坑。但是，對于深基坑來說，特別是軟土層的深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于支護結(jié)構(gòu)及基坑本身就很復雜，因此經(jīng)典土力學理論很難對基坑支護結(jié)構(gòu)整體特征進行分析并計算出相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)。

2.3 有限元和數(shù)值分析法

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，大量的計算可以讓計算機代替人來完成。經(jīng)過不斷地摸索、實踐，有限元數(shù)值分析法已經(jīng)在支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算中得到了廣泛的應(yīng)用。它的計算的原理是將土體和支撐結(jié)構(gòu)分別分解為幾個有限元進行獨立計算。該計算方法最大的優(yōu)點就是能夠?qū)⑼寥篮徒Y(jié)構(gòu)之間相互作用的內(nèi)力一并考慮在計算過程中，并且對于位移的計算是整體的位移，而不是將土體和結(jié)構(gòu)自身的位移分別計算再進行疊加。這樣不但能夠簡化計算，還能夠提高計算的準確性，特別是對于基坑隆起、表面沉降、土的塑性區(qū)范圍及其未來如何發(fā)展起到一定的參考作用。此外，這些土壤參數(shù)還會隨著時間的推移而發(fā)生變化，對于動態(tài)仿真模型的建立也起到了非常積極的推動作用。

可見，有限元法可以在很大程度上解決很多常規(guī)問題，并且通過計算機軟件進行輔助設(shè)計還能大大減輕相關(guān)設(shè)計人員的工作壓力，在現(xiàn)代化和信息化的時代，這種方法逐漸成為業(yè)內(nèi)人士進行計算和設(shè)計的首選工具。

3 幾種建筑深基坑支護的設(shè)計優(yōu)化方案

3.1 土釘墻支護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

在設(shè)計之初，我們要明確影響該種支護結(jié)構(gòu)的因素。第一，土釘墻在使用的過程中，土釘在順著支護結(jié)構(gòu)豎直方向的內(nèi)力相差相對明顯，而且內(nèi)力的分布通常是中間的遠遠大于兩端的，因此如果頂部的土釘斷開，那么結(jié)構(gòu)的尾部及地表就會出現(xiàn)開裂的情況，嚴重影響基坑的穩(wěn)定性。在設(shè)計中，我們一般將土釘?shù)拈L度選為0.5～1.2 mm。第二，土釘?shù)膬A角對支護結(jié)構(gòu)的影響也很大，為了安全考慮，一般將傾角控制在5°～15°。第三，土釘間距一般確定在1～2 m，因為過大的土釘間距會嚴重影響土釘?shù)膹姸?，進而影響支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。最后，土釘?shù)闹睆胶豌@孔直徑分別規(guī)定為16～32 mm和70～120 mm。

確定優(yōu)化函數(shù)：

優(yōu)化方式的實現(xiàn)：由上述的函數(shù)公式進行分析，若要得到最優(yōu)的設(shè)計變量x，則目標函數(shù) f （x）的值最小。 f （x）的值越小，則表示性能越好。具體優(yōu)化步驟如下：①根據(jù)工程概況輸入基坑和土體的基本設(shè)計參數(shù)。②根據(jù)約束條件生成n個初始解。③計算出主被動土壓力水平分力和合力的水平分力標準值。④計算初始土釘長度。⑤開挖時，逐個驗算每個開挖土釘墻的穩(wěn)定性。⑥將計算的結(jié)果代入目標函數(shù)中檢驗每組數(shù)據(jù)對應(yīng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。⑦將目標函數(shù)所得結(jié)果轉(zhuǎn)換為適應(yīng)值。

3.2 懸臂護坡支護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

該結(jié)構(gòu)的影響因素有以下幾種：樁體直徑、嵌固深度、樁體間距及樁體配筋等。在進行變量設(shè)定時，將除了嵌固深度以外的3個參數(shù)分別設(shè)定為x1，x2，x3，并建立相應(yīng)目標函數(shù)：

f （x）=

優(yōu)化步驟如下：①根據(jù)概況輸入基坑和土體基本設(shè)計參數(shù)。②根據(jù)上述土體參數(shù)約束條件隨機均勻生成n個初始解。③計算主被動土壓力水平分力和主被動壓力合力水平分力標準值。④計算樁體最小鉗固深度。⑤分別取土層j=1，2，3 ，…， m。k值為零時，斷面所在的土層。⑥將結(jié)果代入目標函數(shù)求得最后結(jié)果。

3.3 排樁支護結(jié)構(gòu)中錨索結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

不同于其他的支護結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力錨索錨固技術(shù)是深基坑支護中在控制基坑位移時最主要的技術(shù)手段。該方法的優(yōu)點很多，例如結(jié)構(gòu)合理、工藝靈巧、施工速度更快，并且性價比非常高。但是，不管是多么優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)，都會有自身的弊病。該結(jié)構(gòu)最大的缺點就是在基坑回填以后，超越紅線范圍的錨體無法二次回收，因此只能將錨體永遠留在地下。這樣，不僅會造成浪費，而且還會給相鄰地下空間的開發(fā)和施工帶來非常大的污染。傳統(tǒng)的深基坑預(yù)應(yīng)力錨索施工的主要技術(shù)原理就是通過拉鎖材料和注漿體之間的強大的黏結(jié)力，完成拉鎖和注漿體之間的拉力傳遞，再通過注漿體與底層之間的相互作用，達到阻止土體位移的目的。為了將超越紅線部分的錨體收回，相關(guān)單位和工作人員都致力于研究可拆卸的預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)，這樣就會在現(xiàn)有基礎(chǔ)之上大大降低作業(yè)成本，并且從根本上解決地下污染問題，從側(cè)面體現(xiàn)出建筑行業(yè)對環(huán)保的追求與貢獻。

4 深基坑支護設(shè)計和施工管理

4.1 合理選擇支護施工方法

一般情況下，深基坑的支護結(jié)構(gòu)主要有3種，即重力式擋土墻支護結(jié)構(gòu)、懸臂式支護結(jié)構(gòu)及深基坑支護結(jié)構(gòu)。3種支護結(jié)構(gòu)有其相對應(yīng)的使用條件。懸臂式支護結(jié)構(gòu)主要適用于基坑開挖深度比較小而且土壤條件比較好的基坑。重力式擋土墻支護結(jié)構(gòu)一般是依靠自身的重力將支撐結(jié)構(gòu)的各種壓力相抵消，達到一個相對平衡的狀態(tài)。施工時，應(yīng)根據(jù)具體的施工條件及經(jīng)濟水平選擇不同的支護方法，但無論選擇哪一種支護結(jié)構(gòu)，都必須保證深基坑在使用時的安全性。

4.2 合理選擇開挖方式

一般情況下，根據(jù)具體的土壤條件來選擇土方挖掘方式。通常情況下，都會選擇單獨的挖掘方式，并且可以隨挖隨運，避免在施工現(xiàn)場堆放大量的土方，營造一個相對良好的施工環(huán)境。同時，在開挖的過程中，要時刻關(guān)注開挖速度及深度，相關(guān)部門要嚴格監(jiān)理。

4.3 加強對建筑基礎(chǔ)支護防水技術(shù)的要求

由于基坑施工需要對地表以下進行開挖，因此必須高度重視地下水的問題。當?shù)叵滤怀霈F(xiàn)明顯變化或者基礎(chǔ)沉浸在地下水很長的時間時，需要及時對基坑周圍進行排水處理，保證正常的基坑施工。同時，在施工前要對可能發(fā)生的流沙、管涌等現(xiàn)象做好相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，在出現(xiàn)突發(fā)情況后第一時間解決問題。

5 結(jié)語

經(jīng)濟之所以能不斷進步，是因為我們的城市在不斷向前發(fā)展。城市的發(fā)展離不開城市的建設(shè)，這樣的現(xiàn)實條件給了高層結(jié)構(gòu)建筑更大的發(fā)展空間，同時對于深基坑施工技術(shù)的發(fā)展也起到了重要的推動作用。許多深基坑結(jié)構(gòu)及支護結(jié)構(gòu)在施工的時候往往會由于局部土壤在基坑位移或者沉降，導致附近建筑物的安全受到威脅，給各個施工單位造成很大的經(jīng)濟損失，甚至給用戶帶來生命財產(chǎn)損失。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)該重視深基坑的施工問題，并且不斷提高深基坑及支護結(jié)構(gòu)的施工水平。

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[責任編輯：陳澤琦]