岩土工程中的基坑支护设计方案选择与优化

王海号

摘要：随着地下空间的不断开发建设，深基坑开挖作为施工建设中的重点及难点，对整个工程项目质量具有较大影响，为保证基坑质量，本文根据多年工程实践，对如何合理选择基坑支护方案与优化进行分析，以期解决重难点问题，供同行借鉴参考。

关键词：资料收集；钉墙支护结构；排桩支护结构

前言

岩土工程基坑支护过程中需根据地形、地质情况进行合理选择深基坑支护体系，做好方案优化设计，不仅可以提升深基坑施工安全，还能防止对周围工程和环境造成影响，避免施工过程中出现滑坡、坍塌等问题，保证施工人员的生命财产安全，促进岩土工程行业持续化发展。

一、深基坑支护结构种类特点分析

（一）放坡挖掘

由于放坡挖掘只对土质的要求高，在技术方面的要求低，所以进行放坡挖掘施工时成本比较低。此外，对于放坡挖掘施工场地也有一定的要求，如果放坡的场地过小，不能满足放坡所需要的面积，则不利于放坡施工的正常开展。如果放坡场地不能改变且场地较小，那么就要在放坡工地周围设置防护措施。放坡的坡度是根据土质的状况、放坡周围土体的荷载能力和施工技术、施工设备决定的，同时，放坡的坡度要满足设计要求，确保边坡不会发生坍塌。

（二）土钉墙支护结构的特点

土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似于重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力，从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙就被称为土钉墙支护结构。土钉墙支护结构的优点如下：支护稳定性高、施工成本小、施工场地小。在利用土钉墙支护结构对边坡进行支护前，要对施工区域周围土体和环境进行勘测，对勘测到的数据进行分析，以满足工程的施工需求。

（三）排桩支护结构的特点

排桩支护结构是以某种桩型按队列布置组成的基坑支护结构，多用于深基坑施工场地。通常由支護桩、支撐及防护渗帷幕等组成。排桩可根据施工情况分为悬臂式支护结构、拉锚式支护结构、内撑式支护结构和锚杆式支护结构。

在进行排桩支护结构施工前，技术人员会先对施工区域边坡的土质、地下结构状况等情况进行勘测。然后根据勘测的数据设计方案，如图1所示。对深基坑进行排桩支护的施工中，要注意对桩体的深度和支撑力进行估算，然后要根据实际情况和设计要求排列桩体。如果深基坑的深度处于中等深度时，可利用桩体长度<5m的桩体，并采用悬臂式排桩的方式进行排桩。

图1 排桩支护结构示意图

二、深基坑如何选取合适的支护结构

（一）施工前的资料收集

在进行深基坑施工前，为了使设计方案更加科学，可行性更高，所以就要对施工区域的实际情况进行详细勘察，并将收集到的信息进行深入研究和处理。

深基坑的数据收集主要包含3个方面：土质状况、地下水状况、施工区域周边环境情况。将这3个方面的数据收集完成后，就可结合数据进行工程方案设计了。

在进行深基坑施工时要对施工场地周边的土质状况进行勘测。主要勘测出周边土层形成的原因、土层的结构类型、土质的含砂量情况；还要对基坑周边环境进行调查分析，如施工区域周边的河道情况、山体稳定状况等影响施工安全的因素；这些因素都可为工程设置支护结构提供参数，确保支护结构的稳定性。对基坑施工产生主要影响的是施工区域和施工区域周边的地下水位，地下水位较高时会提高施工难度。所以，在进行施工前，还要收集施工区域及周边地下含水层的水位变化信息，地下水的流通线路和流量大小，与其它地下水的联通状况；观察深基坑坑底是否出现含水层，如果出现含水层，还要测量该地下水的污染情况，是否具有腐蚀性，方便施工选择适合的机械设备进行施工。

（二）选取设计方案考虑的因素

施工前将施工区域及周边环境的信息收集处理后，需根据这些信息来选择合适的施工方案。施工方一般会制定多个施工方案，然后从这些施工方案中挑取两个或两个以上的方案进行资金预算，此外，还要从施工技术、施工时间来对比，从而选出最优的施工方案来进行支护施工。在进行深基坑施工的过程中可能会出现一些问题，这些问题是随机产生的，会对工程的质量产生一定的影响。所以，为了避免这些问题的出现，在设计施工方案的时候进行了优化，但在优化的同时又增加了施工成本和施工时间，所以为了能选取到最佳的支护方案，要综合以下因素进行选择：

1.任何工程在方案设计的时候都要考虑安全因素，而支护工程就是为了保证基坑施工的安全性，所以支护方案的选取要更加注重安全性的考虑。因为支护工程属于临时性施工，在基坑工程完成后就会对其进行拆除，所以除了安全因素以外，还要考虑经济性。安全性更高意味着成本就更高，为了解决这一难题，施工方一般会根据施工工程所需要的安全等级来选取最佳的支护方案。

2.在进行支护施工时还要重点考虑土层凝聚力和内摩擦角指标。通过对以往的支护工程案例分析，软土层的土层凝聚力和内摩擦角指标是决定整个工程安全性的重要因素。所以，在进行支护方案选取前要通过收集到的信息确定土层凝聚力和内摩擦角指标的取值，然后根据土层凝聚力和内摩擦角指标的取值选取最优的设计方案。

三、对深基坑支护方案的数据进行优化

（一）对桩径与桩间距进行优化

决定支护结构稳定性的因素有：桩径和桩间距。因为基坑支护结构的稳定性会随着桩径数量的增多而提高，基坑变形率也最小。但当桩径的数量达到一定值后，对稳定性的影响就不大了。在稳定性提高的同时，桩径的数量也会增多，从而就会增加施工成本。

基坑支护结构的稳定性还会随着桩间距的变大而降低，桩间距越大，桩的数量就越少，那么桩体间的土体就会露出，从而使基坑支护结构变得不稳定，增加基坑的变形率；桩间距越小，桩的数量就越多，桩体间的土体就不容易露出来，使支护结构更稳定，从而降低基坑的变形率。但间距越小，工程造价就越高，所以桩间距不能太大也不能太小，这样既可保证支护的稳定性，又可降低工程造价。施工方一般会利用土拱效应来确定桩间距，桩间距的计算如式（1）所示。

（1）

式（1）中，lmax一各桩之间的实际距离；B一桩的宽度；q一土体均布的推力。

在将各桩之间的实际距离算出后，还要×安全系数，安全系数用k来表示，k=0.85，所以桩间距的最后结果应是L=lmaxk+B。

（二）对桩的嵌固深度进行优化

支护设计的稳定性还与桩的嵌固深度有关。桩的嵌固深度越深，虽提高了桩的稳定性，但深度达到一定值后，就不会对稳定性有所影响了。桩的嵌固深度越浅，支护结构越不稳定。所以，桩的嵌固深度也要进行合理选取，选取深度时要考虑安全性和经济性两个因素，步骤如下：选取深度值首先要根据以往的施工经验进行估值，然后再对其进行稳定验算，进一步确定深度值。如果该深度值达到安全系数所规定的值，则确定该深度值为桩的嵌固深度值；如果该值没有达到安全系数所规定的值，那么就继续加大深度值进行稳定验算，直到深度值达到安全系数的最小值为止。

四、结束语

综上所述，在深基坑工程施工过程中，支护方案的选择对工程的施工安全和施工成本会产生较大的影响，文章对基坑支护方案的选择和优化设计进行了分析，选择出了符合实际情况的基坑支护方案，值得推广应用。

参考文献

[1]刘兴华.深基坑支护方案优选研究及应用[D].长春：吉林大学，2016.

[2]白洪潮.深基坑支护技术方案的选择及其优化设计[D].荆州：长江大学，2012.

[3]袁彬.深基坑支护方案优选与优化设计研究[D].淮南：安徽理工大学，2008.

[4]周东.基坑支护工程遗传优化设计研究 [D].南宁：广西大学，2002.

[5]金志仁，何继善.基于距离判别分析方法的深基坑支护方案优选研究[J].岩土力学，2009，30（08）：2423-2430.

（作者单位：深圳市华地岩土工程有限公司）