◎李菁

（作者單位：中化地質(zhì)江蘇巖土工程有限公司）

在建設(shè)工程施工過程中，深基坑應(yīng)用非常廣泛，如果方案選擇不合理、施工控制不嚴(yán)格，可能會(huì)出現(xiàn)流沙、地基隆起，甚至塌方等事故。在實(shí)際應(yīng)用過程中，基坑支護(hù)和開挖的方法較多，企業(yè)行業(yè)對(duì)施工方法的選擇和應(yīng)用存在一定缺陷或不足。本文主要針對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法進(jìn)行分析和討論。

一、深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)概述

地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。這種在軟土地區(qū)深基坑開挖施工的支護(hù)結(jié)構(gòu)，主要是適合深度超過10m的地質(zhì)環(huán)境，特別是建筑物對(duì)土地沉降和偏移有較高要求時(shí)，用連續(xù)墻作為支護(hù)，更能保證質(zhì)量。一方面，地質(zhì)較為堅(jiān)硬的土地，不利于連續(xù)墻的開挖施工，軟土地區(qū)地下連續(xù)墻的開挖施工更加便捷，另一方面，這種結(jié)構(gòu)能在軟土地質(zhì)條件中發(fā)揮較大的作用，工程建設(shè)低下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)也利于軟土地區(qū)深基坑的實(shí)施，降低開挖難度的同時(shí)，也能更好地控制成本。

鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，其施工工藝較少，且經(jīng)濟(jì)效益比較突出，深基坑施工應(yīng)用鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，可靈活地依據(jù)深基坑施工要求選擇合適的鋼板樁類型，常用的有z型、u型及直腹板型。因?yàn)椋摪鍢吨ёo(hù)結(jié)構(gòu)是可以重復(fù)使用的，雖然結(jié)構(gòu)上有一定的缺陷，對(duì)技術(shù)要求較高，但是這種結(jié)構(gòu)十分適合軟土地區(qū)的深基坑支護(hù)，對(duì)于深度在7m以上，非住宅區(qū)范圍內(nèi)的深基坑支護(hù)都會(huì)優(yōu)先考慮此結(jié)構(gòu)。

排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，比較適合基坑周邊邊坡的土質(zhì)較軟的環(huán)境，這種環(huán)境下很難建設(shè)有效的土拱，設(shè)置排列支護(hù)樁就能有效的形成支護(hù)作用。只是這種支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置，要先對(duì)支護(hù)樁進(jìn)行防水和注漿處理，使得鋼筋混凝土的板樁鋼板的分布緊密。常用的是柱列式的排樁支護(hù)，若是周邊環(huán)境良好，且地下水位比較低，就能打造土拱架構(gòu)，將一部分的挖孔樁改造成支護(hù)結(jié)構(gòu)；若是土地比較軟，且地下水位較高，則可以利用水泥攪拌樁構(gòu)成防滲墻或是灌注樁打造成排樁負(fù)責(zé)深基坑支護(hù)。若是深度不超過6m，難以使用深層攪拌樁，則應(yīng)該選擇600mm的鉆孔樁負(fù)責(zé)深基坑支護(hù)。

土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，這種支護(hù)結(jié)構(gòu)，是將一定長度桿件釘進(jìn)土地結(jié)構(gòu)中，然后在邊坡上安裝好鋼筋制成的網(wǎng)，并進(jìn)行噴錨，利用了原有的土地結(jié)構(gòu)，借助土釘和噴射的混凝土進(jìn)行支護(hù)，形成復(fù)合型土地。借助土地自由的穩(wěn)定性，使得深基坑施工能順利開展，土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)也會(huì)用在開挖比較大且周邊建筑對(duì)土地沉降和位移要求不高的條件下。

二、深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

1.優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。在對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行確定的過程中，除了要對(duì)施工現(xiàn)場的地形地質(zhì)條件進(jìn)行充分考慮之外，還要對(duì)其有關(guān)行業(yè)規(guī)定和法律法規(guī)進(jìn)行考慮，從根本上保證深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)安全以及科學(xué)合理性。在對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化的過程中，在進(jìn)行支護(hù)方式選擇的時(shí)候需要與實(shí)際情況相結(jié)合。主要做法為：在深基坑支護(hù)施工當(dāng)中，支護(hù)方式一般有重力式擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)、懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)以及混合式支護(hù)結(jié)構(gòu)。所謂的重力式擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)其實(shí)就是利用自身重量來確保整體結(jié)構(gòu)的平衡性，避免支護(hù)結(jié)構(gòu)由于各方面的壓力而出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)則是在基坑底部嵌入巖土，從而來支撐地面重量，確保結(jié)構(gòu)的整體平衡性。主要用于土質(zhì)狀況良好、基坑深度較淺的場地。而對(duì)于混合式支護(hù)結(jié)構(gòu)來講，其基礎(chǔ)就是懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)，不同之處則在于前者需要增加錨桿來對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，如擋土結(jié)構(gòu)和錨桿等。通常情況下將錨桿固定在基坑防滑面的外部，可以穩(wěn)固土體，所以該方式具有較高的穩(wěn)定性。一般在規(guī)模較大但變形不大的深基坑當(dāng)中應(yīng)用的較多。

2.優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算。在計(jì)算深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的時(shí)候有：（1）彈性地基量m法與彈塑有限單元法；（2）經(jīng)歷平衡法與等值梁法。

第一種計(jì)算方法盡管對(duì)土體變形以及支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了考慮，但是其整體仍然不夠完善。比如，在計(jì)算的時(shí)候需要用到參數(shù)m，然而在確定m的時(shí)候卻有一定的難度，這主要是由于：由于不同地址條件的原因，在其取值范圍當(dāng)中并不一致，且差距較大。在具體設(shè)計(jì)深基坑結(jié)構(gòu)的時(shí)候，m只是一項(xiàng)彈性指標(biāo)，不能直接計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的插入深度。大量實(shí)踐表明，在對(duì)懸臂樁支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候采用彈性地基量m法與實(shí)際測量得到的位移數(shù)據(jù)不符，所產(chǎn)生的誤差也較大，也就表示樁后土體變形并不在彈性范圍當(dāng)中。

第二種計(jì)算方法在具體計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力以及插入深度的時(shí)候，主要是結(jié)合墻前后泥土壓力極限平衡條件來進(jìn)行的。而在具體進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候該方法往往用不到，主要由于技術(shù)條件方面的原因，墻前后泥土壓力極限值很難準(zhǔn)確測算出來，通常都是進(jìn)行估算。

3.優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工作。因?yàn)橐粋€(gè)建構(gòu)筑物本身就是一個(gè)從上到下的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。選擇合理的、規(guī)則的平立面方案，是一個(gè)成功的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的開始。越是復(fù)雜的建筑造型，越增加結(jié)構(gòu)抵抗地震的建筑成本。選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，對(duì)造價(jià)影響較大，如剪力墻含鋼量比普通短肢剪力墻低。通過選擇合理的基礎(chǔ)形式，能實(shí)現(xiàn)降低基礎(chǔ)造價(jià)和增加，上部結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。不同的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重點(diǎn)各不相同，例如，剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻中所占上部結(jié)構(gòu)鋼筋量在60%左右，剪力墻是這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重點(diǎn)；框架結(jié)構(gòu)中梁的鋼筋用量在整體結(jié)構(gòu)中占比較大，故框架結(jié)構(gòu)上部優(yōu)化的重點(diǎn)在梁的優(yōu)化上。

4.規(guī)范支護(hù)工序。在施工過程中相關(guān)工作人員必須充分重視深基坑支護(hù)工作，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定實(shí)施施工工序，不得私自更改，避免因程序不規(guī)范造成的安全隱患。因地質(zhì)、氣候、水文等條件的不同，因此施工單位在不同區(qū)域進(jìn)行基坑支護(hù)工程前都應(yīng)對(duì)區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)勘察，并以數(shù)據(jù)為根據(jù)進(jìn)行合理工序安排，為施工安全性提供保證。深基坑開挖方式也存在不同，相關(guān)人員必須對(duì)平面布置要求以及具體土地強(qiáng)度進(jìn)行提前調(diào)查，在開挖之前分析具體挖方邊界，根據(jù)土質(zhì)條件對(duì)分層厚度進(jìn)行確定。墊層處理在基坑開挖過程中作用也較為明顯，可以為基坑提供有效支撐，防止圍護(hù)變形的出現(xiàn)，提升基坑安全性。

結(jié)束語：建設(shè)工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最終目標(biāo)一適用、安全和經(jīng)濟(jì)性的最有效途徑，根據(jù)實(shí)際情況的要求，通過科學(xué)、合理和有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)來構(gòu)建數(shù)據(jù)模型。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流的必定選擇，在優(yōu)化過程中，要使用科學(xué)的優(yōu)化應(yīng)用方法。運(yùn)用實(shí)際有效的方法設(shè)計(jì)工程結(jié)構(gòu)，對(duì)于缺陷的工程設(shè)計(jì)及時(shí)修改處理回收，完善工程體系，提高工程優(yōu)化性能。