支护结构设计优化探讨

姜广占

（广西华蓝岩土工程有限公司，广西南宁 530000）

0 引言

随着工程建设的快速发展，项目所面临的环境趋于复杂，但支护结构特别是临时支护往往作为附属设施，在项目建设中重视度不够，由于其对项目安全、造价、工期甚至可行性等有着重大影响，理应予以重视。本文对支护结构设计的过程进行了一些思考，并针对各因素举例分析，力求支护结构更贴近实际需求，安全可靠，减少浪费[1]。

1 设计优化阶段

一般来说，主体结构的造价、工期等可以相对准确的进行测算，但不同的支护结构对应的造价和风险差别很大，理应予以重视[2]。

在项目整个实施过程的各阶段，支护设计优化都可以发挥作用，主要包括以下4 个方面。

1.1 建筑设计阶段的优化方向

在建筑平面和竖向设计阶段应收集到场地的地形图和环境信息（包括无人机航拍图），与建设方和建筑设计单位密切配合，提出合理化建议。例如，深基坑尽量远离已有建筑，坡地建筑避免大挖大填，合理压缩地下室层高，机械车位、消防水池、设备房等坑中坑尽量选在对支护深度影响小的区域。具体细节很多，期间建筑设计跟岩土设计多交流沟通，在满足建筑需求的前提下尽量避免支护结构处于不利状态，在设计阶段做好平面和竖向设计对整个支护结构具有重大影响。

1.2 勘察成果对支护设计的影响

勘察工作是设计工作的重要前提，场区岩土分布情况和岩土参数是支护结构选型的决定性因素。勘察从业人员水平参差不齐，所以有经验的设计师应有独立的分析判断能力，力求甄别岩土参数的合理性，以及地下水的类别、水位等，这些因素对支护选型有决定性影响。

1.3 支护设计阶段具体问题具体分析

支护设计阶段需要进行支护的区域、支挡高度或深度等的确定工作，勘察资料基本翔实，此阶段重点是结合项目的具体情况选择合适的支护形式，要考虑安全、经济、施工难度和便利性、工期等要素。设计过程施工单位应该要介入，提出施工场地临时设施、道路等布置方案，支护设计要充分考虑施工的现场需求。

1.4 施工和使用阶段的有效控制

设计目的的实现主要靠施工单位的配合和各方的监督，做好施工前的技术交底，施工过程中发生问题及时反馈，做好动态设计、有效监测和后续维护等。

2 优化设计案例分析

本文重点讨论设计阶段的支护优化选型问题，虽然影响支护结构设计的因素众多，但总结起来主要包括工程水文地质、周边环境、施工条件等，本文将分别举例分析[3]。

2.1 案例一——某钢板桩支护优化

某基坑采用钢板桩支护钢板桩兼挡土和止水作用，原设计采用通长的钢板桩支护，嵌固深度必须满足抗倾覆和整体稳定性验算。经分析，可将支护桩分为两类：即支挡用桩和止水用桩，而止水桩只要进入隔水层一定深度即可，经与设计人员沟通然后调整设计，减小止水桩的桩长，节约造价近20%。钢板桩支护原设计以优化后（立面）分别如图1 和图2 所示（暂不讨论钢板桩的合理性）。

图1 钢板桩支护原设计（立面）

图2 钢板桩支护优化后（立面）

通过案例一可以了解到当工程水文地质条件较复杂时，可针对不同的支挡目的进行分析，然后在整合到一起并进行优化。

2.2 案例二——某基坑支护优化

某4 层地下室基坑采用桩撑支护方案，设3 道水平撑。特殊的地方是一侧坡顶外约4m 处有相邻小区的已建成挡墙，高度约3~4m，挡墙较破旧，设计在挡墙坡脚增加了一排支护桩，目的是保护旧挡墙。但是这个思路有一个施工难题，即如何保证坡顶支护桩施工不会对挡墙造成破坏，支护桩贴近挡墙施工不可避免会对其造成影响，有较大的工程风险。针对这种情况，笔者建议在旧挡墙外侧做一个混凝土板防护，保证毛石挡墙的整体性，在基坑支护桩和冠梁施工完成后再增加底板和加强肋，与冠梁活动连接，保证支护结构变形不会牵拉到挡墙；同时为更有效地控制变形，适当调整各层支撑的高度，优化开挖工况（回填工况没有变化）。该做法相对更简单直接，施工风险小，造价上也有明显节约。基坑支护原设计及优化后（剖面）如图3 和图4 所示。

图3 基坑支护原设计（剖面）

图4 基坑支护优化后（剖面）

案例二是关于环境影响控制，基坑开挖会对环境造成影响，同样，支护结构施工也可能会造成影响，甚至破坏力更大，所以设计阶段要统筹考虑。

2.3 案例三——某挡墙支护方案调整

某小区地坪标高高出小区外道路约3m，高差不大，原设计采用毛石墙支护，但水电专业在临近挡墙的地面下埋设了大量管线，且因为现场施工管理的问题，管线已经埋设完成，但挡墙尚未施工，在计划施工挡墙时发现几乎无法施工。挡墙基础下为雨水管，即挡墙基底持力层已经被破坏，且挡墙施工临时挖方会影响到燃气管线。

针对这个棘手的问题，笔者提出了两个思路。

思路一本质上是重力式挡墙的变形，通过一个箱型混凝土结构跨越雨水管，箱体下雨水管周围采用褥垫层保护，箱体内充填碎石，提高箱体的抗滑移和整体稳定性所需竖向力。施工过程中将燃气管线暴露出来，做好临时防护，待回填后再重新敷设。

思路二是紧贴红线施工一排支护桩，因雨水管外边缘距离红线仅700mm，所以桩径控制在500mm，这个方案要求支护桩要准确定位，且保证雨水管的埋设误差可控。

现场经调查核实后最终选择了较简单的思路二支护桩方案，但思路一对于这种特殊情况仍不失为一个可借鉴的做法。挡墙支护原设计及优化思路一、二（剖面）分别如图5~7 所示。

图5 挡墙支护原设计（剖面）

图6 挡墙支护优化思路一（剖面）

图7 挡墙支护优化思路二（剖面）

案例三中除了现场管理的问题之外，各专业设计阶段缺乏有效沟通也是一个重要原因，而处理问题的方式主要集中在如何减少对现有管线影响的前提下，满足支护要求。对于复杂条件首先要厘清各种影响因素，把握主要控制要素，支护选型上要求技术人员采用变通和灵活的设计思路，然后在可行的条件下有取舍的去选择。

2.4 案例四——某挡墙支护的适用性设计

某小区地坪与外侧道路高差约5m，设计为充分利用红线内用地，采用了毛石墙支挡，墙外侧紧贴用地红线，墙趾却超出用地红线，显然无法满足报建要求。只能选择适当退距，但退让后无法满足坡顶停车和绿化要求。

因为高差相对较大，取消墙趾会存在安全隐患，而墙趾又必须在红线内，这个矛盾需要想办法解决。笔者建议改用扶壁式挡墙，墙顶以下合适深度开始适当悬挑，以满足覆土和管线埋设要求，为保证外立面美观，墙外侧可采用轻质填充墙后进行美化处理。毛石挡墙原设计及调整后（剖面）分别如图8 和图9 所示。

图8 毛石挡墙原设计（剖面）

图9 挡墙支护优化调整后（剖面）

案例四的核心问题是需要同时满足安全和功能要求，再次反映了支护设计中变通的重要性，本案例可作为类似情况的有效参考做法。

2.5 案例五——某边坡抗滑桩设计错误

南宁市某中学边坡，由于位于坡脚的厂房施工开挖边坡坡脚导致滑坡，设计采用了抗滑桩方案，如图10 所示，笔者认为这个滑坡设计至少存在两个严重问题。

图10 边坡抗滑桩支护剖面

（1）关于滑动面，高差仅6m，而设计计算采用的推测滑面已经深入坡体，这点不得不存疑。开挖坡脚导致的滑坡一般属于牵引式滑坡，大概率是表层土的滑动，滑面很难切入坡体深处。仅凭推测滑面进行设计计算必然导致支护结构的浪费，太过于保守。

（2）采用抗滑桩姑且认为是合理的，桩后的高压旋喷桩改良土体的意图则实在无法理解，后质询设计人员，解释是为了满足饱和工况下的计算，因为设计人员把所谓的“滑动面”以上岩土层全部按饱和抗剪强度参与计算，下滑力过大。试想如此厚度的泥岩在什么条件下会全部饱和？泥岩用高喷加固过其强度提高的幅度也很有限，加固后的泥岩就不会发生饱和？这个实在让人无法理解。

然而上述问题与设计人员多次沟通未果，最后由于工期问题草草施工，着实让人遗憾。

不难看出，案例五本身并不复杂，就是一个简单的开挖坡脚引起的滑坡问题，但设计人员对规范的理解、工程经验等明显是严重欠缺的，整个设计思路让人无法理解，校审人员的缺失，有关管理部门的缺位，错误在所避免。

3 结语

限于篇幅，本文仅讨论5 个案例，但反映出支护设计复杂多变的重要特征，设计过程中除了收集与支护设计有关的各种信息外，对信息的加工处理才是最重要的环节，设计人员不但要求有扎实的理论和丰富的经验，更要具备一定的思辨和变通能力，通过分析思考找到问题的核心所在，选择合适的支挡形式，尽量做到方案安全、经济和便于施工[4]。