复杂环境下深基坑支护工程优化设计

摘要：目前我国没有对整个基坑围护体系方面的优化研究，面对复杂环境下的基坑围护设计，多采取增加围护墙的嵌固深度、基坑外设置隔断墙等措施对周边环境予以保护，造成的工程费用增加、工期延长等问题，存在优化的可能。文章对复杂环境下深基坑支护工程优化设计进行了探讨。

关键词：复杂环境；深基坑；支护工程；优化设计；基坑围护体系 文献标识码：A

中图分类号：TU473 文章编号：1009-2374（2016）33-0003-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.002

伴随着我国城市化建设步伐的不断加快，城区的建筑物和地下市政实施的建设规模空前强大。为了缓解人口过大带来的出行压力，各大城市通常会建设有地铁系统，且车站附近的商业楼通常会与地铁车站的出入口相连接。在此类工程的施工过程中，基坑围护设计多采取对基坑结构本体增加围护墙嵌固深度、增加坑内地基加固等方式进行设施的防护，这样进行施工必然会加大施工的工程量和相关费用支出，但是该设计的实现在确保安全的前提下存在优化的可能。

复杂环境下深基坑的优化设计方案涉及投资以及各方面的安全因素的考虑，首先要进行的是优化方案的比较选择，然后对支护结构本身的优化设计进行计算。目前，深基坑设计的优化方案主要集中在围护墙的形式以及构件细部的优化方面，缺少对整个深基坑围护体系方案的优化研究。本文就上述问题进行探讨研究，采用有效方案对设计坑支护工程的优化设计提供理论支持。

1 深基坑支护工程概述

深基坑支护工程指的是为了在地下结构施工中能够有安全的施工环境，而采取的相应控制深基坑变形的措施。深基坑支护工程能够为地下施工作业提供高质量、高安全性的施工环境，在实际施工当中得到广泛的使用。但是深基坑支护工程也具有一些重要的特点，其主要表现在以下方面：第一，具有较大的风险性，深基坑支护结构从其功能上进行分析只是属于一种临时性的结构，而在施工的时候对于临时性结构施工和永久性施工相比安全上考虑得不是那么全面，使得其在安全上存在着风险性。第二，对于深基坑支护工程来说不同区域表现出来的区域性特别强。在不同的区域，地下的土层结构也存在着很大的差异，这会对深基坑的支护工程造成很大的影响。土壤中水分的含量以及承压的情况等都会对其造成或多或少的影响。因此，在不同地区进行深基坑支护施工的时候，必须根据当地的具体情况进行设计和施工，才能够有效地提高深基坑支护工程的质量。第三，深基坑支护工程受到外界环境的影响较大。特别是在一些地形较为复杂的地区，对于深基坑支护工程的要求也将会多出很多。第四，具有较强的时间效应。土壤具有较强的蠕变性，随着时间的增加，土壤蠕变变形越大，因此在深基坑支护工程中应当将此点考虑在内。第五，具有较强的系统性。深基坑支护工程的设计和施工同后期的深基坑内土木作业是处于一个系统中，深基坑支护工程设计和施工的合理性、科学性会严重影响后期的土木作业，因此在深基坑支护工程的设计和施工中应当尽可能地考虑得更加全面。

2 某商业楼交叉口基坑支护工程优化设计情况概述

2.1 工程情况简介

该商业楼初步设计方案打算建设在地下一楼，基坑设计的深度约为5.1m，相关配套设备的地下二层深度约为一层深度的两倍。正在使用的地铁站位于两条路的交叉口位置。车站主体外包尺寸为152.3m×17.6m，车站底板深度约16.5m，设计方案中预留的出入口的深度与二层地下设施的设计深度保持一致。交叉的两条道路均为主要干道，配备有相关的居民日常生活中常用的配置设施。其中，受商业楼基坑施工影响较为明显的居民配套设施为预留的雨水管，其施工建设的深度在3m左右。管底距出入口顶板较近，容易遭受到预留出入口在后续施工过程中对其造成的影响。

2.2 使用现场的工程环境

我们所要研究的建筑施工地区处在特有的平原地区，其地质条件较为复杂，覆盖有灰黄色粉质黏土、灰色砂质粉土、淤泥质黏土以及灰色粉质黏土等多种土质；另外，场地的地下水有潜水和承压水，潜水对深基坑的影响受到降雨以及地表水等因素的影响，各项水文测量指标均符合施工建设的相关要求行指标。

2.3 深基坑的设计方案比较

我们将商业楼地下两层区及与车站预留通道相连的区的段基坑区域统称为A区。将设计施工的建筑物其他位置根据实际施工要求标定为B区和C区。我们采用明挖顺作的方式对基坑进行施工操作，围护体系的施工建设则是采取钢筋混凝土内支撑、钢支撑的形式进行。研究人员根据实际情况选取特定的设计方案一号进行探讨，其设计施工理念为将B区、C区和A区同时开挖，直至A区的中间位置，在A区地下部分施工完成以后再进行该A区上面部分的施工建设。

2.4 方案调整

施工人员根据实际情况，出于对安全因素的考虑，特将上述方案一做如下调整，即方案二：在B区、C区之间设置一道临时用于封堵作用的墙体，在墙体两侧进行分区域施工，以避免其他区域施工造成的影响，同时在对A区中板以下部分的施工完成以后，施工人员根据设计之初的既定方案进行其相应的顶板方面的施工建设，最后再进行深基坑的建设和维护。

2.5 两种设计方案的比较

第一，第二个方案的安全性较高，有利于保护周边设施，但是临时封堵墙的建设为后续清除工作带来了巨大的挑战；第二，临时建造的封堵墙增加了结构施工缝的数量，在渗水方面提升了一定的风险系数，与此同时，施工建设还会影响周边居民配套设施的正常使用与维护；第三，方案一的施工工期相对较短，所花费的成本较高，但是对相邻管线以及地铁造成的影响可能较大。

3 设计方案的分析与比较选择

3.1 围护桩墙、支撑的设计参数之间的比较

为了满足设计及计算的信息要求，我们根据相关规范对基坑稳定性、围护桩墙强度及变形控制等方面的要求，按照实际施工要求及建筑物的基本特征和功能需求设定好围护墙的各个参数。

3.2 模型的维度、尺寸以及相关参数

考虑到边界对现有建筑物的影响，统一将模型的边界确定为结构边界外侧25m。土体采用D-P方式进行施工，并在初始应力状态分析及开挖过程模拟阶段对土体赋予不同的弹性模量，围护结构、各层结构板和市政管线采用线弹性板单元进行模拟应用，内支撑结构采用线弹性梁单元模拟。

3.3 计算结果

基坑的最大水平位移出现在基坑底面以上接近坑底的部位，与基坑围护桩墙优化分析时常采用的Winkle地基梁法算得的围护墙体变形具有相同的规律。在对基坑施工完成之后，既有预留出入口上方雨水管的变形小于其相邻两侧区域，源于该处水管底部距出入口顶板距离近，而出入口结构沉降小，对雨水管具有类似结构基础的承托作用。为降低基坑施工时该区域水管因较大差异沉降而增加的水管损伤风险，雨水管敷设施工时，已在预留通道两侧各设置一座检修井以增加管线对地层沉降的适应能力。地铁车站的底板变形呈现在近基坑开挖一侧较大，往远处逐渐减小的特征。其中，平面上位于既有预留出入口区域的变形梯度较大。原因为计算模型与所模拟的实际结构具有差异性。各方案的基坑、车站底板及管线变形情况见表1：

3.4 结果分析

通过上述方案的对比分析我们得出，方案1受到的环境影响较方案2、方案3大，但仍可满足周边建、构筑物的保护要求，特别是运营地铁的安全要求。商业基坑虽然说在设计及施工中面临开挖面积大、与地铁车站及管线的平行段长度长等诸多问题，但基坑与车站平行段间的水平净距位于基坑开挖的显著影响区以外，区基坑与车站既有预留通道的衔接段，基坑的主要变形为横断面方向，即平行于地铁车站的方向，且基坑沿深度方向设置三道内支撑体系，由此对车站的直接影响较小；地铁车站底板埋深大于本基坑的底板深度客观上符合相邻基坑开挖“先深后浅”的基本原则。同时，车站围护墙底的深度较大，对地层位移具有一定的隔断效果。因此，在具体的施工进行之前，优先选择方案一具有很高的商用价值和实践意义，值得各个相关单位关注和采纳。

4 结语

本文以一个实际的深基坑支护工程设计作为研究案例，充分反映出深基坑支护工程所具备的重要意义，尤其是在复杂的环境下，更应当引起特别的注意。一不小心，就将会产生一定的不良后果，对生命财产安全造成威胁，因此在设计研究方面的工作人员应当考虑得更加全面，使设计出来的支护结构更加科学和合理。

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作者简介：耿强（1986-），男，山西大同人，广西华蓝岩土工程有限公司工程师，研究方向：基坑支护与地基处理。

（责任编辑：黄银芳）