超高层建筑基坑支护方案的决策系统模型应用分析

任宏 何强 钟国益

摘要：在超高层建筑中，基础工程对整个建筑物的安全和寿命有举足轻重的影响，与一般建筑物基础不同，超高层建筑基础已被构成地下空间的地下室和深大基础结构所代替，而基础施工通常要进行基坑支护。据国内外学者的统计和研究，超高层建筑基础工程的造价和工期大约占建筑的土建总造价的三分之一左右，因此，对节约基础成本来说，迫切需要加强对基坑支护方案决策系统的研究。本文基于层次分析法建立支护方案决策系统模型，在“质量好，工期短，经济效益好”的原则下，主要对基坑支护方案的安全性，可靠与便捷性和经济合理性进行分析论证。

关键词：深基坑支护；决策支持系统；层次分析法

The Application Analysis on the strategy system model of foundation supporting scheme of the super high-rise building

REN Hong , HE Qiang，ZHONG Guo-yi

（ Construction management and real estate institute， Chongqing University，Chongqing，China，400045 ）

Abstract：The foundation engineering is of great importance to the security and life for the high-rise buildings .Different from the common building foundation , the high-rise building foundation has been substituted by underground rooms and the deep huge foundation structures ,while the foundation building usually needs retaining pit .According to the statistics and the research of the inside and abroad scholars ,the cost and period of it account for one third more or less of the whole construction estimate .So as a matter of saving costs , its urgent to strengthen the research of the model . This paper, based on the analytic hierarchy process to constitute a support scheme decision-making system model , is to demonstrates the security , reliability , convenience and economic rationality of the foundation pit supporting scheme , in the principle of “high quality , short construction ,good economic benefits .

Key words：Foundation pit supporting, Decision Support Systems, Analytic hierarchy process

1．深基坑研究的历史背景及研究意义

深基坑工程在我国广泛应用与研究开始于80年代初，由于我国人口众多，为了节约土地，从80年代初开始大量兴建高层建筑同时采取措施充分利用城市地下空间，这样也就带来了大规模基坑工程的开挖与支护，来为地下工程建筑提供必要的安全环境 [1]。

超高层建筑的迅速兴起，促进了深基坑支护技术的发展，选择一个经济、实用的基坑支护方案成为确保施工质量和保证施工安全和节约成本的重要工作。深基坑工程主要包括基坑支护体系设计、施工和土方开挖，它是一项综合性很强的系统工程，因此，它与工程场地地质勘查、支护结构设计、施工开挖、基坑稳定、降水、施工管理、现场监测、相邻场地施工相互影响等密切相关，具有很强的区域性和很强的个体性，其支护体系承受的土压力又具有较强的时空效应。由于深基坑工程设计与施工的复杂性，不确定影响因素众多，工程事故仍然时有发生，尤其当基坑开挖到一定深度基坑的安全性更难以控制。

因此，对基坑方案做一个系统的深入的研究，对于保护待建工程周围已有建筑物和公用设施等的安全，对于节约建造成本，对于高层建筑基础的顺利施工等都有重要的意义。

2．深基坑研究的国内外现状

基坑工程是一个古老且具有划时代特点的综合性的岩土工程课题，围绕基坑工程的方案选择和优化问题，工程技术和研究人员开展了大量的研究工作。20 世纪40 年代，Terzaghi和Peck等人就已经开始研究基坑工程中的岩土工程问题并提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法， 60年代在奥斯陆和墨西哥城软黏土深基坑中使用仪器进行监测，此后大量的实测资料提高了预测的准确性，并从70 年代起产生了相应的指导开挖的法规[2]。在后来的时间里，世界各国的许多学者都投入研究，并不断地在这一领域取得丰硕成果，提出了许多优化设计方法，如数值计算方法（如有限元），反分析方法，计算机辅助设计方法，系统工程优化设计方法（如层次分析法）等，且已逐渐被应用至基坑工程实践中。特别是采用层次分析方法在深基坑支护系统方案优选中有成功的应用。国内众多单位和学者也尝试着采用计算机辅助设计的方法进行优化设计，如智能软件包的应用。

一直以来，有两个方面问题一直难以解决，一方面由于设计安全度不足而造成基坑失稳事故的比例较大，另一方面由于设计过于保守而又造成很大的浪费。唐业清等曾对103 项深基坑工程事故的原因进行调查，统计结果表明，其中由于深基坑设计失误、水处理不当、结构和基坑失稳事故，占总事故的80 %，其所造成的经济损失也相当严重[3]。经历了20多年的发展，我国在解决基坑支护研究方面也取得很大的进步，比如，从支护设计理论从最初的强度控制与稳定分析的粗略设计到近些年提出的变形控制设计，比较有效的解决了上述问题。同时支护结构的形式也越来越多样化。

3．深基坑支护结构常用形式选择

由前文介绍可知，深基坑工程越来越多，且复杂程度也在增加，因此，围绕深基坑的开挖与支护已成为当前高层住宅建筑基础工程中的热点和难点。基坑开挖可分为无支护开挖和支护开挖。无支护开挖也就是放坡开挖，常用于深度不大且土质较好的基坑，应是施工条件允许时首选的开挖方式。而支护开挖常用在施工场地不具备放坡开挖条件或放坡开挖技术经济上不合理时采用的。目前，高层建筑常建设在市区，因此，待挖基坑多是较深且场地狭窄，不具备放坡开挖条件，需要采用支护开挖。 常用的支护结构形式如下表1所示。

表1 常见的基坑支护结构形式及对应的特点