深基坑支护设计研究

摘要：建筑深基坑施工作为一项系统性工程内容，其影响因素多元且十分复杂。施工中的支护方案选定不仅对基坑的经济型、稳定性及安全性造成巨大影响，同时也是整个工程安全建设的重要前提。因为，深基坑支护工程设计当中出现微小问题都有可能造成基坑失稳，并引起工程造价增加，因此深基坑支护设计意义重大。本文主要针对深基坑支护设计相关问题进行简要分析，探究深基坑支护方案设计模型建立与优选问题，并对深基坑细部优化情况进行了探讨。

关键词：深基坑支护结构模糊选优有限元分析

中图分类号：TV551文献标识码： A

随着工程建设水平的不断提升，建筑工程施工技术发展不断进步，基于对工程建设质量的需求，建筑深基坑工程作为一项系统性的工程内容，越来越受到人们的重视。深基坑工程建设的影响因素复杂，其主要是一种由岩土、结构以及建筑工程施工技术相结合的工程内容。相关研究理论还有待进一步发展，但是由于深基坑工程问题造成的工程事故时有发生，深入开展对其的研究，有助于提升我国工程建设质量与水平。

一、深基坑支护影响因素分析

深基坑工程建设过程中相关影响因素十分复杂，且影响因素之间彼此存在关联。在基坑支护设计优化过程中，需要周全考虑相关因素，仔细筛选与分析基坑工程当中的影响因素，以下是对工程施工中基坑支护影响因素的归类分析：

（一）环境影响因素

1.建筑环境与设施影响因素

建筑深基坑形成多为市中心，其周边建筑物与地下管道对建筑施工影响较大，基坑挖掘只能采取垂直开挖的方式。与此同时，需要注意的是基坑开挖会造成周围建筑物以及地下管线受到影响。

2.工程、水文地质环境因素

基坑工程施工过程中地层因素与水文地质环境情况都会对深基坑支护造成影响。其中，基坑工程建设的底层情况主要包括地层构造、图层与岩土体相关参数等内容，水文情况则包括地下水位与其变化情况。

3.施工影响因素

影响基坑施工的主要因素包括多个方面：施工场所的交通情况与商业活动情况等都是基坑支护方案设计影响因素。施工场地提供的材料与车辆进出等也会影响基坑施工与设计。

（二）主体工程影响因素

在进行深基坑支护设计过程中，应当综合全面了解工程实际情况，形成理性认知，对工程施工过程总形成规模、结构以及施工方式综合掌握。

（三）基坑形状因素，深度因素以及宽度因素。

（四）基坑支护结构造成的载荷影响因素。

（五）现已应用的各种支护技术的特点和适用范围以及施工队伍常用的施工方法、施工设备及施工技术等情况。

（六）相关基坑支护设计依据资料：国家和当地有关基坑支护设计和施工的规范、规程；周围相似基坑工程中的经验和教训。

二、深基坑支护方案设计主要原则

形成深基坑支护方案的主要原则是根据对其影响因素的综合考虑，形成合理的价值分析，并在此基础上做出最优选择。这其中包括：工程施工技术安全性、施工可行性分析；深基坑支护对环境造成的影响分析；施工基坑支护结构造成的施工工期影响分析以及其造成的工程经济型综合对比分析。在具体工程施工过程中，支护方案设计可能形成多套方案。这个过程中，需要对多套方案的可行性问题进行综合考虑，因为不同方案的侧重点各不相同，这就需要根据工程施工需要，选择最优模型。

在选取基坑支护方案的过程中需要进行优选，目的是为了进一步增加支护工作过程中的客观性与科学性。《建筑工程基坑支护技术规程》当中主要对基坑支护工程开展有一定的原则性的规定。针对支护结构进行选型的过程中需要兼顾到工程施工结构的空间效果以及受力特征。基坑支护优选过程中还需要通过对基坑周围环境以及基坑开挖情况等进行综合分析，同时还需要对地质水文情况进行考虑，只有这样才能真正做到选型的科学性与合理性。

基坑支护选型主要包括支挡结构、土钉墙以及重力式水泥土墙等内容。像是选用组合需遵循一定的原则，即为《建筑基坑支护技术规程》。

三、工程深基坑设计模型设计

（一）层次结构确立

确立深基坑支护方案，相关影响因素较多，其中包括工程、水文、建筑、管线、结构等多个方面的内容。总体来看，上述中内容可以被归为几类：经济性、安全稳定性、环境、工程期限、施工难易程度等。本文通过采用建立层次结构的方式形成了深基坑支护方案设计选型内容（如图1.所示）。

图1.建筑深基坑选型采用层次分析法

其中，优选方案当中的总目标主要包括几个方面：安全可靠、工程造价低、工程期限较短、环境因素影响小以及工程施工方便。

另外，准则层的主要因素包括几个方面：安全可靠性（B1）、工程造价（B2）、工程期限（B3）、工程期限（B4）、施工难度（B5）。

（二）确定相关因素权重

1.形成判断矩阵

通过使用标度法以及表1.中所示内容，可以完成对准则层当中相关因素在目标层当中的重要性的分析，通过两两比较及单排序方法完成上述内容。

安全可靠性与工程造价相对最优方案形成的重要性比值表示为1；安全可靠性与工程期限相对最优方案形成的重要性比值表示为4；安全可靠性与环境影响因素相对最优方案形成的重要性比值表示为3；安全可靠性与工程施工难易程度相对最优方案形成的重要性比值表示为5；工程造价与工程期限相对最优方案形成的重要性比值表示为4；工程造价与环境影响因素相对最优方案形成的重要性比值表示为3；工程造价与施工难易程度相对最优方案形成的重要性比值表示为5；

工程期限与环境影响因素相对最优方案形成的重要性比值表示为½；工程期限与施工难易程度相对最优方案形成的重要性比值表示为2；环境影响因素与施工难易程度相对最优方案形成的重要性比值表示为 3（具体内容如下表1.所示）。

表1.比较值情况

A B1 B2 B3 B4 B5

B1 1 1 4 3 5

B2 1 1 4 3 5

B3 1 2

B4 2 1 3

B5 1

由此可以判断出选优矩阵列表：

B=

2.层次排列

通过采用公式（1）具体求得判断矩阵（B）当中的最大特征数据W。

W1===2.268

相同原理，可以求得W2，W3，W4，W5。并在归一化之后，W1=0.350,W2=0.350，W3=0.102，W4=0.142，W5=0.056。

由此，权重向量表示为：

W=(0.350,0.350,0.102,0.142,0.056)

这其中最大特征数值表示为：

max=5.129

总之，综上所述，本文主要通过对工程施工建设过程中深基坑影响因素（安全可靠性、造价、工程期限、环境影响因素、工程施工便捷性）影响支护结构优化方案情况与细部参数相关研究进行分析。通过采用多目标模糊决策方案实现工程深基坑系统的优选，并建立了深基坑支护模型。希望通过对深基坑支护设计情况进行的深入研究，能够进一步提高工程施工水平，提升工程建设质量。

参考文献：

[1]黄贵珍，周东.基于遗传算法的基坑桩锚支护优化设计[J].桂林工学院学报，2000（S1）：86-90

[2]贾宁.有限填土静止土压力系数计算方法研究[J].岩土工程学报.2012.7：1333-1337[3]李广信.基坑支护结构上水土压力的分算与合算[J].岩土工程学报，2010，5（3）:348-352

[3]李明星.基坑支护体系优化设计分析及应用[J](建筑基坑支护技术规程)JGJ120-2012

[4]阮永芬，叶燎原.用灰色系统理论与方法确定深基坑支护方案.岩土力学与工程学报，2013：1203-1206

[5]贾宁.有限填土静止土压力系数计算方法研究[J].岩土工程学报，2012,7：1333-1337

建筑基坑支护技术规程 JGJ120-2012深基坑支护设计研究

时亮

中交第二公路勘察设计研究院有限公司 湖北武汉 430056，南京中交道路桥梁工程勘察设计有限公司 江苏南京 210000

摘要：建筑深基坑施工作为一项系统性工程内容，其影响因素多元且十分复杂。施工中的支护方案选定不仅对基坑的经济型、稳定性及安全性造成巨大影响，同时也是整个工程安全建设的重要前提。因为，深基坑支护工程设计当中出现微小问题都有可能造成基坑失稳，并引起工程造价增加，因此深基坑支护设计意义重大。本文主要针对深基坑支护设计相关问题进行简要分析，探究深基坑支护方案设计模型建立与优选问题，并对深基坑细部优化情况进行了探讨。

关键词：深基坑支护结构模糊选优有限元分析

中图分类号：TV551文献标识码： A

随着工程建设水平的不断提升，建筑工程施工技术发展不断进步，基于对工程建设质量的需求，建筑深基坑工程作为一项系统性的工程内容，越来越受到人们的重视。深基坑工程建设的影响因素复杂，其主要是一种由岩土、结构以及建筑工程施工技术相结合的工程内容。相关研究理论还有待进一步发展，但是由于深基坑工程问题造成的工程事故时有发生，深入开展对其的研究，有助于提升我国工程建设质量与水平。

一、深基坑支护影响因素分析

深基坑工程建设过程中相关影响因素十分复杂，且影响因素之间彼此存在关联。在基坑支护设计优化过程中，需要周全考虑相关因素，仔细筛选与分析基坑工程当中的影响因素，以下是对工程施工中基坑支护影响因素的归类分析：

（一）环境影响因素

1.建筑环境与设施影响因素

建筑深基坑形成多为市中心，其周边建筑物与地下管道对建筑施工影响较大，基坑挖掘只能采取垂直开挖的方式。与此同时，需要注意的是基坑开挖会造成周围建筑物以及地下管线受到影响。

2.工程、水文地质环境因素

基坑工程施工过程中地层因素与水文地质环境情况都会对深基坑支护造成影响。其中，基坑工程建设的底层情况主要包括地层构造、图层与岩土体相关参数等内容，水文情况则包括地下水位与其变化情况。

3.施工影响因素

影响基坑施工的主要因素包括多个方面：施工场所的交通情况与商业活动情况等都是基坑支护方案设计影响因素。施工场地提供的材料与车辆进出等也会影响基坑施工与设计。

（二）主体工程影响因素

在进行深基坑支护设计过程中，应当综合全面了解工程实际情况，形成理性认知，对工程施工过程总形成规模、结构以及施工方式综合掌握。

（三）基坑形状因素，深度因素以及宽度因素。

（四）基坑支护结构造成的载荷影响因素。

（五）现已应用的各种支护技术的特点和适用范围以及施工队伍常用的施工方法、施工设备及施工技术等情况。

（六）相关基坑支护设计依据资料：国家和当地有关基坑支护设计和施工的规范、规程；周围相似基坑工程中的经验和教训。

二、深基坑支护方案设计主要原则

形成深基坑支护方案的主要原则是根据对其影响因素的综合考虑，形成合理的价值分析，并在此基础上做出最优选择。这其中包括：工程施工技术安全性、施工可行性分析；深基坑支护对环境造成的影响分析；施工基坑支护结构造成的施工工期影响分析以及其造成的工程经济型综合对比分析。在具体工程施工过程中，支护方案设计可能形成多套方案。这个过程中，需要对多套方案的可行性问题进行综合考虑，因为不同方案的侧重点各不相同，这就需要根据工程施工需要，选择最优模型。

在选取基坑支护方案的过程中需要进行优选，目的是为了进一步增加支护工作过程中的客观性与科学性。《建筑工程基坑支护技术规程》当中主要对基坑支护工程开展有一定的原则性的规定。针对支护结构进行选型的过程中需要兼顾到工程施工结构的空间效果以及受力特征。基坑支护优选过程中还需要通过对基坑周围环境以及基坑开挖情况等进行综合分析，同时还需要对地质水文情况进行考虑，只有这样才能真正做到选型的科学性与合理性。

基坑支护选型主要包括支挡结构、土钉墙以及重力式水泥土墙等内容。像是选用组合需遵循一定的原则，即为《建筑基坑支护技术规程》。

三、工程深基坑设计模型设计

（一）层次结构确立

确立深基坑支护方案，相关影响因素较多，其中包括工程、水文、建筑、管线、结构等多个方面的内容。总体来看，上述中内容可以被归为几类：经济性、安全稳定性、环境、工程期限、施工难易程度等。本文通过采用建立层次结构的方式形成了深基坑支护方案设计选型内容（如图1.所示）。

图1.建筑深基坑选型采用层次分析法

其中，优选方案当中的总目标主要包括几个方面：安全可靠、工程造价低、工程期限较短、环境因素影响小以及工程施工方便。

另外，准则层的主要因素包括几个方面：安全可靠性（B1）、工程造价（B2）、工程期限（B3）、工程期限（B4）、施工难度（B5）。

（二）确定相关因素权重

1.形成判断矩阵

通过使用标度法以及表1.中所示内容，可以完成对准则层当中相关因素在目标层当中的重要性的分析，通过两两比较及单排序方法完成上述内容。

安全可靠性与工程造价相对最优方案形成的重要性比值表示为1；安全可靠性与工程期限相对最优方案形成的重要性比值表示为4；安全可靠性与环境影响因素相对最优方案形成的重要性比值表示为3；安全可靠性与工程施工难易程度相对最优方案形成的重要性比值表示为5；工程造价与工程期限相对最优方案形成的重要性比值表示为4；工程造价与环境影响因素相对最优方案形成的重要性比值表示为3；工程造价与施工难易程度相对最优方案形成的重要性比值表示为5；

工程期限与环境影响因素相对最优方案形成的重要性比值表示为½；工程期限与施工难易程度相对最优方案形成的重要性比值表示为2；环境影响因素与施工难易程度相对最优方案形成的重要性比值表示为 3（具体内容如下表1.所示）。

表1.比较值情况

A B1 B2 B3 B4 B5

B1 1 1 4 3 5

B2 1 1 4 3 5

B3 1 2

B4 2 1 3

B5 1

由此可以判断出选优矩阵列表：

B=

2.层次排列

通过采用公式（1）具体求得判断矩阵（B）当中的最大特征数据W。

W1===2.268

相同原理，可以求得W2，W3，W4，W5。并在归一化之后，W1=0.350,W2=0.350，W3=0.102，W4=0.142，W5=0.056。

由此，权重向量表示为：

W=(0.350,0.350,0.102,0.142,0.056)

这其中最大特征数值表示为：

max=5.129

总之，综上所述，本文主要通过对工程施工建设过程中深基坑影响因素（安全可靠性、造价、工程期限、环境影响因素、工程施工便捷性）影响支护结构优化方案情况与细部参数相关研究进行分析。通过采用多目标模糊决策方案实现工程深基坑系统的优选，并建立了深基坑支护模型。希望通过对深基坑支护设计情况进行的深入研究，能够进一步提高工程施工水平，提升工程建设质量。

参考文献：

[1]黄贵珍，周东.基于遗传算法的基坑桩锚支护优化设计[J].桂林工学院学报，2000（S1）：86-90

[2]贾宁.有限填土静止土压力系数计算方法研究[J].岩土工程学报.2012.7：1333-1337[3]李广信.基坑支护结构上水土压力的分算与合算[J].岩土工程学报，2010，5（3）:348-352

[3]李明星.基坑支护体系优化设计分析及应用[J](建筑基坑支护技术规程)JGJ120-2012

[4]阮永芬，叶燎原.用灰色系统理论与方法确定深基坑支护方案.岩土力学与工程学报，2013：1203-1206

[5]贾宁.有限填土静止土压力系数计算方法研究[J].岩土工程学报，2012,7：1333-1337

建筑基坑支护技术规程 JGJ120-2012