深基坑支护在建筑中的优化设计和应用探讨

赵 军

(中铁城建集团第一工程有限公司， 山西 太原 030024)

深基坑支护在建筑中的优化设计和应用探讨

赵 军

(中铁城建集团第一工程有限公司， 山西 太原 030024)

建筑行业的不断发展使得建筑工程的质量成为了人们普遍关心的一个重要问题。在建筑基坑的开挖的环节中，深基坑的支护施工工作是非常重要的。但是深基坑的支护工作还有诸如因为支护结构设计不合理而出现基坑坍塌、支护桩发生断裂等等问题。针对这一严峻形势，本文简要分析了深基坑支护建筑中的优化设计以及相关的应用探讨，供相关人士参考和借鉴。

深基坑支护；建筑；优化设计；应用；探讨

0 前言

深基坑的支护工作是提升建筑结构稳定的重要基础，在建筑的施工中发挥着重要的作用。建筑行业在进行施工作业的时候，如果深基坑的支护方式过于简单或是支护的结构出现问题，就会带来一定的安全隐患。随着经济技术的发展，尽管我国在建筑的深基坑支护方面的工作取得了可喜的成绩，但是仍旧存在一定的问题，比如支护的设计很保守，施工成本大，浪费问题严重等。正因为我们的技术还不成熟，不完善，所以要对深基坑的支护技术进行优化设计。

1 建筑的深基坑支护工程综述

1.1 建筑的深基坑开挖工作对周围环境的影响

随着人口的不断增加，城市化进程日益迅速，人类所利用的地下空间也在逐步增加。传统的基坑开挖，一般都会导致基坑两侧的土体向内推移，坑底的土隆起，情况严重的还会对周围的建筑设施比如住宅楼、交通干道、以及地下预埋电缆等造成严重的损坏。

1.2 支护结构的内力计算现状和特点

建筑深基坑支护的内力计算，主要解决的问题就是解决支护结构上承受的载荷。一般作用于结构上底层的压力被称为深基坑支护结构所承受的静载荷，而动载荷包括了作用在结构上以土体为介质传导的附加压力【1】。当下，我们在计算基坑支护结构的土体变形和结构内力的方法主要有以下几个：有限元法、土抗力法、极限平衡法等，这三种方法有着各自的优点和缺点。

有限元法有着非常充分的理论依据，但是由于土体的模型以及土抗力的参数很难确定，所以不敢保证结果的准确性；由于土抗力法得计算模型非常直观而且非常符合实际的受力情况，并且运用弹性杆系的有限元法计算的误差非常小，所以这种方法最受青睐；极限平衡法只是粗略的估算，由于受力非常简单，所以受影响的因素非常少，计算结果的精度非常差，因而达不到工程设计的相关标准，所以运用的很少。

2 常见的深基坑支护结构类型

2.1 土钉墙支护结构

深基坑挡土技术其实就是土钉墙住支护结构，在实际的设计当中，这种支护方法比较简单，所以在高层建筑的深基坑项目工程中，这种方法得到了较为广泛的应用。土钉墙支护的原理是较为简单的：当深基坑和土钉周围的土相互接触的时候，就能够跟土质的团体形成一个组合体。当人为或者未知的自然因素使深基坑的周围发生边坡滑动的变化时，土钉墙支护就能起到很好的防护作用。在进行深基坑的边坡防护时，土钉墙支护不但能够有效提升边坡的稳定性，更能对加固深地基侧面边坡土。在合理的土钉间距之下，增加土层的硬度，有效提升边坡的承载力。

2.2 地下连续墙的支护结构

一般而言，深基坑中采用的都是连续墙的支护方式。这种支护方式的整体性能较好，实际的防渗漏效应也很突出，所以在深层土壤的地基支护方式中得到广泛应用。由于地下水位之下的粘土软度很高，在很多深基坑中，这就属于特殊的情况，需要采取特殊措施来应对。有时某些土层的砂石的硬度很低，粘土的硬度也没有达到相应的硬度，在这种土层之上施工，要想达到理想的效果，就需要提升建筑施工地级以上的稳定性。当选择砂石的时候，需要选择防水性好的建筑材料，且硬度要达到相关的要求。

在深基坑的支护工作中，其钢筋混凝土的土排桩布置，在采用排桩围护的时候，需要按照相关的指标来进行布局。工作人员在进行施工的时候，应特别注意对混凝土的灌注和挖孔等细节的操作。地基支护中的挡土结构是以钢筋混凝土为基础的，地基支护中密疏排布和与桩之间的距离是关键，需要根据不同的地基面积和地形来选择合理的地桩排布方式。

3 不断优化建筑深基坑支护的设计方案

3.1 土钉墙支护结构的优化设计原则

在实际进行施工作业的时候，影响土钉墙支护结构的因素有以下几个：土钉长度、土钉倾角。在土钉墙的支护作业中，技术人员需要将土钉墙的支护倾角控制在一定的范围中，工作人员必须意识到土钉倾角的量度的重要性，技术人员需运用土钉墙的方式，不断减少土钉的受力差距。由于土钉长度是不断减少的，所以基坑的中心常常会失去平衡。技术人员需要明确土钉的实际作用，通过将土钉和土质的不断结合，来提高土地的硬度。因为土钉的间距一般会存在较大的差距，所以土体的强度有可能会不断降低。基于这一情况，技术人员需要将土钉的间距保持在确定的范围之内。

为了确保土钉墙支护结构的稳定性，在深基坑支护设计的过程中，技术人员应不断完善变量方案。在土钉墙支护作业中，土钉墙的核心环节就是变量，变量的影响因素有以下几个：竖向间距、土钉孔径、土钉长度、土钉直径等等。在具体的施工过程中，技术人员应根据深基坑的现场情况不断优化土体之间的系统参数。根据施工的计划方案，对施工环节进行有效的分解，并根据土钉墙的支护方式推导出相应的水平分力值。基坑工作的另一个难点问题是控制地下水环节，因而技术人员应明确土质的联系和地下水位的类型，不断进行技术突破，运用不同的基坑开挖方式，保障基坑的稳定性，处理好降水排水工作，提高项目工程的质量。

3.2 土钉墙支护结构的优化设计

3.2.1 影响因素

（1）土钉倾角。土钉的倾角一般控制在5 -15º之间

（2）土钉长度。在使用过程中，如果土钉顺着支护方向的内力相差显著，原因是中间的内力很大两头很小，土钉墙在使用过程中土钉在顺着支护竖直方向的内力相差明显，一般情况是中间内力很大两头较小；如果土钉太短，那么土钉尾部和之外的地表很有可能出现破裂，导致基坑失去稳心。因而土钉的长度最好控制在0.5-1.2H之间。

（3）土钉间距。土钉的存在就是为了让土体和钉子合为一体，因为间距过大会影响土钉的强度。一般为1-2m为宜。

（4）土钉的直径16-32mm为宜。

（5）钻孔孔径70-120mm。

3.2.2 优化的方案：

在设计的时候，土钉墙的支护方面以土钉墙的造价为主要参考，影响较大的函数有直径d、土钉长度l、孔径D、竖向间距Sh，设计变量可以表示为：X=[d，D,L,Sh，Sv]【2】。

4 结语

通过上面的介绍我们可以得知，深基坑结构主要包括以下几个方面：地下连续墙支护、排桩围护、土钉墙支护等，在实际的施工作业时，技术人员应根据不同的实际情况对基坑支护的设计方案进行不断的优化设计，这不仅能有效提高深基坑支护的稳定性，保障施工质量，更重要的是能为建筑企业带来更好的经济效益和社会效益，实现建筑企业的可持续发展，为国家经济发展作出贡献。

[1]许信泉.浅析建筑深基坑支护优化设计研究及应用[J].江西建材，2016（10）：121-125.

[2]叶捷先.建筑深基坑支护优化设计研究及应用[J].科技创新与应用，2017（03）：260.

[3]王士祥.建筑深基坑支护优化设计研究及应用[J].科技与企业，2014（23）：106.

[4]马露，李琰庆，蔡怀恩.FLAC3D在深基坑支护优化设计中的应用[J].河北工程大学报（自然科学版），2007（04）：36-38.

[5]秦海军.建筑深基坑支护优化设计研究及应用[J].企业科技与发展，2016（03）：73-75.

TU7

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1007-6344（2017）09-0077-01