深基坑支护方案优化设计研究

2016-10-29韩知霖张智朋

山东工业技术 2016年19期

关键词：型式锚杆深基坑

张迪，韩知霖，张智朋，于娇，张浩

（西安工业大学建筑工程学院，西安 710032）

深基坑支护方案优化设计研究

张迪，韩知霖，张智朋，于娇，张浩

（西安工业大学建筑工程学院，西安 710032）

针对深基坑支护中存在的安全和经济的矛盾，本文具体分析了深基坑支护的主要类型并对其适用条件进行归纳总结，并结合优化原则和数学的优化方法进行研究分析，得出一下结论：放坡开挖和自立式支护，适用于工程地质条件较好、周边环境相对简单且开挖深度不大于6m的基坑工程，优化设计对降低工程造价影响不大；挡墙式和地下剪力墙支护型式支挡效果好、基坑变形小，适用于各种复杂地质工况和开挖深度为-10m～-60m的深基坑工程，在优化过程中可降低工程造价5%～20%，优化效果明显；深基坑优化设计必然成为今后基坑支护工程的发展趋势。

深基坑；支护；优化

0 前言

随着城镇化的发展，城市人口密集度加大，为了解决地上空间狭小拥挤的难题，进而导致了地下空间在开挖范围和开挖深度方面越来越大，更多的深基坑如雨后春笋般涌现。深基坑的开挖必然会对周边已有建筑物、构筑物、城市道路和地下管网造成或轻或重的影响，面对着这些日益突出的问题，对深基坑支护提出了更高的要求。随着国家标准《规程》［1］的颁布，我国的深基坑支护正式进入了标准化设计和规范化施工阶段，但由于深基坑支护影响因素众多，且各因素相互制约、相互联系，在保证安全的前提下还要综合考虑经济性、施工的难易程度等多方面因素，使得深基坑支护方案的优化设计与研究变得日益紧迫和必要。

1 主要的支护型式和适用条件

在深基坑开挖过程中，基坑的支护形式很多，本文作者对常用的支护型式进行划分，大致可以分为四大类：

（1）放坡开挖结合简易支护型：放坡开挖结合坡脚短柱、放坡开挖结合喷锚网、简单放坡开挖。简易支护型式为隔板等其他支护。放坡开挖及其支护适合地基土质良好、地下水位不深、施工现场有足够的空间可以进行放坡开挖。

（2）自立式支护型式：水泥重力式支挡结构、加筋水泥土墙支挡结构、土钉墙及复合土钉墙结构。前两种支挡型式通常采用深层搅拌或旋喷来加固土层，这两种方法适用于开挖深度小于6m的基坑。土钉墙及复合土钉墙支护型式适用于地下水位（或采取降水措施后）低于坑底设计标高一下的基坑，出于安全考虑对于软黏土质其开挖深度一般小于5m。

（3）挡墙式支护型式为现在深基坑的主流支护型式：悬臂式排桩墙支挡型式和排桩墙加内支撑支挡结构，后者则适用范围较广，适用于各种土质和水文地质条件，对基坑深度要求较小。

（4）地下连续墙支护：地下连续墙加内支撑式、加筋水泥土墙加内支撑、排桩墙加锚杆、地下连续墙加锚杆。地下连续墙加内支撑支挡结构适用于各种地质和深度的基坑，使用范围广泛，鉴于其成本较高，对开挖深度小于10m的基坑一般不建议采用此种支挡方式。对于加筋水泥土墙加内支撑支挡结构，施工的重点和难点是水泥土的形成方法，一般的方法有SMW法和TRD法，这两种方法在当代被广泛使用。SWM法实用性广泛，不仅适用于黏性土同样适用于砂土，TRD法在各种土层中同样适用，形成的水泥土墙连续性好、加固深度可达到60m，加固效果较好；排桩墙加锚杆和地下连续墙加锚杆支挡结构［2］。在利用桩（墙）的嵌入稳定的同时，也利用了锚杆与土层的摩擦约束，适用于摩擦系数较大的砂土和硬黏性土层。

2 深基坑支护体的优化方法

（1）深基坑的优化的原则［3］：是在保证安全的前提下，寻求经济最优化和施工最简易，使整个施工过程能安全、经济、高效、有序的进行，即在安全的基本要求下，使施工相对方便、工期相对较短、造价相对较低的优化方案。《规程》［1］对基坑支护方案的优选给出了一些规定，例如支护结构的选型要兼顾到结构的空间效应和支护体系的受力特点，并依据基坑周围环境、开挖深度、工程和水文地质条件、施工工艺和施工设备等因素综合考虑。

（2）深基坑支护体系优化方法：优化设计按优化程度的不同，大体可分为三级优化：系统优化、细部计算优化、动态反演优化［4］。系统优化是对设计和施工方案的优选，依据国家标准和工程实际，在适用性的基础上简化设计和施工，选出最优方案；细部计算［5］优化是在选定方案后对该选定方案的细节优化设计，如计算模型的选取和间距尺寸的调整；动态反演优化是在类似工况下，利用已经取得的监测数据反求土层参数和初始状态，进而准测预测后续工序的改良方案，即利用模拟对工程的动态进行控制优化。