浅谈深基坑支护结构方案优选原则

【摘 要】深基坑支护是在施工中经常遇到的问题，具体方法也比较多。本文了从深基坑支护的研究现状、方案优化以及存在的问题三个方面论述了方案优选的原则。

【关键词】深基坑支护；方案优化；方案优选

1.基坑支妒优化的研究现状

经济性和安全性是基坑工程设计中面临的最基本问题，如何处理好两者之间的关系是一大难题。目前我国对于支护结构方案的选择主要有两种方法，定性分析方法和定性分析结合定量计算的方法。基坑工程是临时工程而且造价较高，所以甲方不愿意投入太大的资金，实际工程中有时为了安全性，支护选型和设计比较保守，这样费用比较高，造成不必要的浪费；有时为了满足甲方费用要求，而降低了基坑的安全性、稳定性等各项指标的要求。一旦发生事故，将造成更大的工程损失。目前已有不少学者提出了优化设计思想，这些思想的共同特征就是比较不同方案设计，运用计算机模型等先进的计算理论，同时又满足工程经济以达到支护结构方案的优化。

我国在基坑支护结构设计方面还有很多需要研究与完善的问题。如影响支护结构的内外在因素（包括结构所受荷载、地质条件、结构施工要求、业主对基坑支护的要求等）、计算参数的选择，基坑工程支护设计人员和施工人员很难把握在不同变化条件下支护结构的开挖变形规律。为确保支护结构体系的正常工作，必须对支护体系进行监测，釆用信息化施工方法十分重要。我国关于该领域的专著也不在少数，分析问题的角度各不一样（安全角度、经济角度等），盲目的、偏见的选择都是对形式的选择有害的。因此，国家为基坑设计能有统一的规范，组织各地基坑方面的技术专家制定并完成了基坑工程技术规范与行业标准，各地区也根据地域的不同也制订了地方规范以满足本地区要求结合规范统一使用。全国各地研究人员也陆陆续续发表了各自的最新成果与先进方法。如土钉设计王步云法、利用有限元模拟土钉的支护原理、基坑降水优化等理论研究都取得了不错的预期效果。

计算机电子技术的应用和发展给研究人员提供了更加便捷的通道，应用计算机等工具提出的人工神经网络、有限元分析理论等，与以往的设计方法如经验判断法、纯理论设计法比较更加符合支护设计的实际规律。因此，这些理论的提出与过去的一些理论及设计手段有很多不同的地方，最大不同就是运用计算机模型对实际工程进行模拟分析并结合设计者个人经验进行设计。

设计工程师的职责就是做出一个优秀的设计方案，尽量满足各项条件目标。从以往的实际工程中总结分析，我国的支护方案的优化可分为三大部分（如图1-1），

首先是支护类型的选择如图1-1，根据现场施工条件、设计要求、方案要求、基础形式拟定支护方案，最重要的是要满足两大指标：安全可靠、经济合理。

其次是支护结构细部优化。如下图1-2所示，列出了方案的各项功能评价的指标，影响支护结构的若干要素，采用定性和定量相结合的评价方法。在数学中优化问题属于极值问题，需要通过系统的理论来支撑这一问题，那么对于支护结构来说就是怎样才能达到各项指标最优的效果，这种优化最简单的方法是m法，通过计算优选出合适的设计方法。

最后是面向施工过程的信息法施工（method of information construction）。一个工程的最终目标简单来说就是保质保量。一般来说对于一个工程很难直接观察工程的质量情况，目前国内外主要依靠对工程相关人员的管理来提高工程质量，难以达到要求，因此出现了一个新的施工方法即“信息法施工”。

如上文所述计算机技术也给深基坑优化设计带来了新的发展，利用计算机模型模拟实际工程结合优化方法设计，与以往的设计相比较设计方法方便，效果也好。随着计算机技术在各个领域的广泛应用，我国出现了许许多多相关设计软件。通过计算机编程的程序，采用最优化的数学方法来达到优化设计的目的。但这些软件的最大问题在于它对已选好的支护形式进行软件分析计算，目前还不能提供比较合理的方案选型过程。因此，在使用软件进行分析计算之前，支护型式的选择对后面的计算有重要的影响。

2.基坑支护方案优化原则

我国当前在基坑支护工程方面存在着两方面的问题：一是由于设计和施工方面的原因而造成基坑工程事故，影响周围建筑物、地下建筑、地下管道等重要市政设施，造成重大破坏和经济损失。二是支护选型和设计考虑过于安全，使工程造价比较高，造成经济浪费。对于任何一项基坑工程来说，都会面临多种支护方案的选择，且各种方案的适用范围、条件、造价差别相当大。在招标大会中，各单位的支护结构费用相差甚多，有的甚至会达到一倍以上的情况并不少见，其原因采用支护和设计方法的不同。因此，如何使得基坑工程做到不发生事故、投资费用低，是摆在我们面前急待解决的难点。

支护方案的优化原则：

（1）通过优化选出最佳设计方案，做到使基坑稳定、安全；

（2）通过优化可以做到投资最少，做到经济上合理；

（3）通过优化保护周围环境带来环境效益；

（4）通过优化减少工程事故的发生，减少财产损失；

3.基坑支护方案优化研究存在的问题

在基坑的研究和实践中，支护结构的设计是一项复杂的尚未得到完全解决的岩土工程问题。包括土力学和工程中的很多问题，而且理论与实践相互结合还没有达到人们预期的要求。虽然到目前为止国内在这一领域积累了大量的工程经验，为该技术的发展提供了广阔的前景，但是基坑支护工程从勘察、设计到施工，所涉及内容广泛，因此还需要一个比较完整的组织设计管理系统。随着各基坑支护技术和理论知识的补充，计算机的应用也提高了基坑软硬件设备的应用水平。而针对具体基坑工程，在保证支护结构安全、稳定的前提下，应如何科学地合理地处理支护结构的工程造价与安全可靠和顺利施工的关系。