深基坑推理机制与优化设计思考

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一、深基坑支护工程的组合方案优化设计

（一）深基坑支护工程的系统优化设计原则

第一，将定性规则和量化计算有机结合，按照工程条件来进行基坑边坡土体作用力的计算，在计算过程中，所用计算理论为郎金理论与库伦理论。同时，将围护结构与支撑体系的设计可否使土体作用力达到平衡来作为设计依据。第二，在土体作用力计算结果中应包含开挖方式以及降水效果，将用料的数量或者所用材料造价成本作为优选的参考依据，而各施工方案仅为定性优选所需的参考依据。施工方案的选择工作可从工程的资料库来实施。第三，在明确支护方式时，可事先给定任意一个支护方式，对于土体作用力不可达到平衡的支护方式剔除，循序渐进地来选择支护方式。可借助于三级选优这一方式来实施优化设计。

（二）组合流程与方式

基于系统优化理论这一角度，对于深基坑支护工程系统所涉及到各因素实施归类，并划分为成为相对应的各研究层次，接着又将每一个层次划分为N个子系统，这些子系统互相独立且互相联系。把系统运行的这一初级子系统得到的结果看作二级子系统的边界条件或者相对应的输入量，以此使系统进入至二级优化，循环上述步骤，一直到完成整个系统的优化分析为止，通常情况下，基坑支护系统所需的第一级要素一般为土方开挖、支挡结构体以及降排水所构成，这三个方面内容之间的整体作用关系如图1所示。从图1中可知，基坑支护工程系统中的一级子系统就为土方施工、降排水以及支挡结构所构成，基于此，可进一步将这三个子系统实施划分，将其划分成为二级子系统。图1基坑支护工程系统的整体结构分析三级优化目标与组合的模式主要表现为以下三点：第一，一级：这一级为系统优化总目标，其优化的过程主要是对完成二级优化以后且已经达到了最优目标的这三个输入量实施方案组合，这三个输入量就是土方开挖系统、支护结构体以及降排水，并将造价最低看作为优化目标，以此来实施一级选优。第二，二级：即对完成了三级优化以后，且已经达到了最优目标的挡土体结构、土体补强以及支撑体系这三个子系统实施方案优化组合，并且将支护结构体的最低造价看作于优化目标来实施二级选优。第三，三级：将挡土体的最低造价当作目标，针对不同挡土结构的特点来实施三级优化，其中土体补强与支撑体系这两个系统同样也按照这种方式来实施三级优化。经过优化目标的明确与深基坑工程系统的综合分析，借助于计算机的应用，确定优化流程，即首先实施方案的初选，接着细部优化，最后实施综合评判，通过造价最低这一原则来选优。在深基坑支护工程系统的优化设计过程中，细部优化是非常重要的一个环节，必须要引起足够的重视与关注。在优化设计中，为便于计算求解，可把工程的设计参数看作于离散变量常见值来实施组合，加大组合数量的控制力度，简化优化模型。影响工程优化方案最终决策的一个关键因素就是造价比较选优，造价评估是基于各地所编制的具体预算定额，通过工程总造价以及工程量的估计所获得的。基于上述内容，在本次研究中借助于各种编程软件编制了相应的优化分析程序，该程序具备比较、分析、出图以及计算等各种功能，其核心计算模块为VC++，即MicrosoftVisualC++，具备集成开发环境的特点，能够提供各种编程语言，如C语言、C++以及C++/CLI等，且数据的输入与输出前端均采用的是VB,即包括协助环境的一种事件驱动编程语言，该语言具有快速应用程序开发系统与图形用户界面，便于和数据库的连接。

二、案例应用分析

（一）工程概述

该大厦位于该市二环周围，其建筑的总面积为66180m2,其占地面积为3741m2，建筑的总高度为103.7m，且建筑的平面形式为方形布置，地下总共为四层，基坑底部最深处，标高-22.7m，其基础是钢筋混凝土稀梁板阀基。由于该工程处于繁华地带，在施工运输上述较为困难，同时环境标准要求也相对较高，土方的开挖难度较大，基础的埋深较大，二次搬运量相对较大。鉴于此，利用所编制的优化分析程序，基于工期性能指标、方案经济性以及施工工艺复杂程度对该方案实施排序与筛选，通过不同方案的对比分析，基于该工程地质情况和周围建筑实际情况，在本工程中，基坑支护采取的是挡土墙、混凝土灌注桩、锚喷护壁以及锚杆等联合型支护结构体系。

（二）具体措施

第一，基坑土方的开挖采取分布实施的方式，通过暴露坡面自身的直立能力来明确分布开挖的实际深度，为保证锚喷网正常的施工，为其提供一个良好且合理的施工环境，每一层开挖的深度保持在1.5-2m区间，坚决不可超深开挖。同时开挖的长度应该基于交叉施工时坡面稳定性的保持来明确，通常情况下，在同轴线上，其开挖长度在15-20m区间。此外，在开挖过程中，为避免对支护土层产生影响，必须要严格按照标准要求来修坡，以免因开挖所产生的误差使得基坑尺寸受到影响。第二，在锚杆施工过程中，首先应该明确锚杆成孔，按照要求来凿孔。接着安装锚杆，根据设计所明确的各锚杆长度与直径，进行锚杆的加工。在加工过程中，为确保锚杆处于孔核心位置，在间隔大约1.2-2m位置处焊接一个相应的居中支架，紧接着再把锚杆放于孔内。为确保锚杆和周围土体能够紧密粘和，要特别加强注浆作业的控制，在本次工程中，注浆采取的从里向外的注浆方式，把注浆管插入至距离孔底大约0.5m位置处，同时在孔口处还应绑扎相应的止浆布袋，以免浆液的流出。第三，设置相应的测点，采取动态监测的方式。在报警值出现以后，应加大监测的频率，监测的重点主要为地面下沉值与坡面位移值，对施工现场周围环境变化以及基坑自身变形情况实施动态监测，及时进行施工流程的调整，以此为工程的设计以及施工等提供合理且科学的信息，从而实现设计与施工的最优化。第四，超过-16.5米应采取半圆旋喷桩和支护桩来共同形成为止水帷幕，低于-16.5米则采取摆喷桩止水帷幕。首先利用钻探机来实施引孔，接着在成孔井内进行桩机喷管的旋喷以及摆喷。其中在提升时，若孔口未返浆，必须要喷射到返浆为止才可继续进行提升。喷射过程中，要注意喷枪口和受喷面之间的距离应控制在1-1.2米区间，以免因距离过大对混凝土密实度造成影响。

综上所述，在深基坑支护工程设计与建设过程中，应充分发挥基坑边坡土体自身所具备的这种支撑潜力，通过支护类型、施工方案、环境适用性以及降水技术等情况的综合考虑，基于造价最低这一原则来实施三级优化，从而确保优化设计方案满足工程建设需求。

本文作者:侯风雷