深基坑支护工程方案推理机制与优化设计

深基坑支护工程方案推理机制与优化设计

摘要：深基坑支护工程之中包含要素较多，支护类型也极为繁多，因此这就需

要对其设计进行优化。基于此，本文就将在分析当前支护设计现状的基础上，探

讨设计方案推理机制和相应的优化设计，以供参考。

关键词：深基坑支护；方案；推理机制；优化设计

引言

城市的建设发展势必会使基坑向着深和大的趋势发展，因此这就导致其所遇到的工程条

件会越来越复杂，所要运用的支护类型也会更多。深基坑工程极为复杂，它并非是简单的土

方开挖，重点在于支护的设计与施工。支护是地下施工当中的临时性任务，其影响因素较多，同时各个因素之间都相互作用，因此怎样找到一个有效的办法解决如此复杂的问题，已经成

为当前岩土工程施工当中的关键问题。

一、深基坑支护设计现状

如今深基坑支护工程设计当中存在的主要问题主要包含：第一，岩土施工之中深基坑支

护设计参数选择缺乏合理性。特别是一些工程地质条件比较复杂的区域之中，受到支护深度

等条件的影响，导致这一偏差更大。倘若不能准确计算出深基坑支护所要承受的压力，就会

导致支护安全性降低[1]。第二，基坑土体取样缺乏代表性，基坑土质取样方式主要是随机取样，然而受到基坑土质复杂性和不均匀性的影响导致最终数据和实际情况之间差异较大。第三，缺乏对深基坑开挖空间效应进行考虑。传统深基坑支护设计的主要依据是平面应变，然

而这种方式比较适合运用在细长型的深基坑支护中，一旦用到矩形的深基坑支护往往无法得

到良好的效果。对此这就必须要在平面应变设计的前提下，调整支护结构，以满足空间效应

的相关要求，从而提升基坑支护的安全性。

二、深基坑支护工程方案推理机制分析

（一）组合方案设计

由于深基坑的开挖和支护工程方案种类较多，因此各个方案之间的搭配组合往往能够生

成多种整体支护防范和细部结构设计方案。通常依照施工方案特点的差异，将施工方案相互

组合，最终能够分类成图1所示的多种方案[2]。这种根据可能会存在的施工方式构成上百种

组合方案，能够帮助施工方进行选择。

图1基坑支护施工组合方案

（二）组合方式与流程

从系统优化理论入手，对支护工程系统之中包含的各类因素进行分类，确定出相应的研

究层次，各个研究层次再继续分为多个相互独立同时又彼此相关的子系统，系统运行一级子

系统所得到的结果能够成为二级子系统的边界条件，或者输入量，从而使系统进入二级优化

之中，渐次类推，一直到系统完成所有的优化分析。通常基坑支护系统的一级要素包含有支

挡结构体、土方开挖以及将排水，其作用关系如图2[3]。这三个子系统继续进行划分能够分

为二级子系统。

（三）确定支护方案

在设计基坑支护的过程中往往都是运用直径相对比较大的钻孔灌注桩，搭配钢筋砼进行

支撑。这种方式往往能够得到良好的止水效果，同时依照地质情况开展现场监测，收集参考

数据，找寻数据之间存在的基本特点，以此达到深厚饱和软土去基坑支护的基本需求，均衡

结构受力，防止产生安全事故。在分段设计基坑支护结构的过程中，要先把每段钻孔灌注桩

的规格确定出来，支护结构型式的选择往往要综合开挖的深度、桩的直径、彼此的间距、配

筋个数以及嵌入的深度等等。

（四）设计计算分析

在对其设计进行计算的时候基本都是运用弹性法，这种方式能够有效计算各个土层面，

最终的结果还会将基坑支护整体结构的特点展现出来，通过比对相关设计规范，会充分了解

到安全系数，并在支护水平位移最大限度监测的过程中，运用抛物线确定地表的沉降，以此

得到最终最大数值

的差异，使数值能够被控制在相关规范的要求之内[4]。

图2支护系统整体结构分析

三、基坑支护工程优化设计

某建筑初步设计方案基坑深度大约为5m，相应的配套设施地下二层深度是一层的两倍。与其相连的地铁站主体外包尺寸是152m*17m，底板深度大约为15m设计方案之中预留的出

入口深度和两层地下设施设计深度相统一。同时该地铁站处在两条路的交叉处，且两条路皆

为主干道。该建筑基坑施工影响最大的因素就是市政雨水管道，其深度大约在3m。管道底

部和出入口顶板非常近，因此可能会导致未来施工给其带来影响。

（一）方案分析和优化

第一，比较支撑及围护桩墙的设计参数。为了能够达到设计与计算信息的基本要求，就

要依照有关规定对围护桩墙的强度要求、基坑稳定性要求以及变形控制要求，根据且结合建

筑特点与功能需求设计好围护墙的相关参数。第二，设计好模型维护、尺寸和相应的参数。

由于边界会给现有建筑带来一定影响，所以这就需要把模型边界确定乘结构边界外部25m。

土体使用D-P的方式施工，同时在分析初始应力状态以及模拟开挖之于土体的弹性模量基础上，模拟各层结构板、围护结构运用线弹性梁单元。第三，计算结果。基坑最大水平位移体

现在基坑地面以上和坑底比较接近的部位，和围护桩墙优化分析所运用的地基梁法计算的围

护墙变形具有相等的规律。在基坑施工完成以后，预留出入口上部雨水管道变形要比两边区

域小，这是因为这一部位的水管底部距离出入口的顶板距离非常近，同时出入口的沉降结构

非常小，可以承托住雨水管到。为了将基坑施工当中这一位置水管因为存在过大差异而增大

水管损伤的风险降低，就在雨水管道敷设之中，在预留通道两边各自设置出一座检修井，使

管线对于地层沉降的适应性可以有所增强。地铁站底板变形在靠近基坑开挖的边相对比较大，越距离较远其变形情况越小。

（二）总结分析

从上述分析当中能够发现，第一种方案要比后两种方案受环境因素的影响大，但是仍然

能够满足保护周围建筑的要求，特别是确保地铁运营的有关要求。基坑虽然在设计和施工时

开挖面积比较大，同时和车站与管线的平行段长度过长，但基坑和车站平行线段水平净距离

处在基坑开挖影响比较明显的区域之外，车站既有的预留通道和基坑相互连接的地方，基坑

变形主要是以横断面方向为主，也就是和车站的方向是平行的，同时基坑当中还设置了几道

支撑体系，因此给车站带来的影响比较小。车站底板埋深超过了基坑底板埋深，这和相邻基