摘要：近年来，由于城市发展的需要，高层建筑和地下空间的利用率大幅提升，这也在一定程度上促使基坑深度和数量不断增加。作为高层建筑或地下工程的临时结构体系，深基坑支护不仅要确保地下结构施工作业的安全，更要有效保障高层建筑或地下工程周边环境或设施不受到相应的影响，并且，由于深基坑支护作业时间较长、对于技术要求也较高，还往往伴随较差的施工条件和环境，这也使得基坑工程中的事故频发，不仅给建设参建单位带来了经济损失，更使人们的生命安全受到威胁。为此，应该总结出切实可行的结构设计优化方案，才能更好的保障深基坑工程的安全。
关键词：深基坑；支护结构设计；优化方法
1、深基坑支护简介
对于深基坑支护来说，在对地下结构进行施工时，要使用大量的深基坑支护结构，通过对基坑四周的坑壁或者对周边环境进行支挡与加固等，来确保周边的环境的安全。一般来说深基坑的支护是一种为了保证施工安全而临时搭建的结构，在实际中它的安全储备比较小，同时它的结构风险比较高，需要在施工之前做好相应的应急手段，这样一旦出现状况便能及时地进行抢救，这必然要求我们必须做好基坑施工期间的监测工作。
2、建筑施工中深基坑支护结构的重要意义
基坑项目既古老又与时俱进，具有时代发展的印记。基坑被定义为在对建筑物包括地下室与构筑物基础的施工而开挖地底的空间，其开挖深度大于或等于5.0m的基坑通常被称为深基坑。在建筑整个施工过程中，选择深基坑方案是确保整个工程顺利施工的关键和基础，尤其是高层建筑物，深基坑的施工质量直接影响到建筑物的使用寿命、稳定性以及安全性。怎样在已有大量建筑物的城市中挖掘深基坑对支护技术和基坑工程有了更大挑战和严格要求，同时也提高了对深基坑工程的施工技术和设计理念的要求，即基坑支护结构不但要符合承载力的设计要求，还要满足基坑周边环境正常使用功能和地下结构施工的要求。因此，为了确保工程周边建设的安全性和正常使用，避免因挖掘基坑而对正常使用地下管道和地下室产生影响，工程施工之前首先要全面仔细的勘察和检车施工地面。在挖掘深基坑时会遇到液压、结构力学等多方面问题，其具有较强的综合性，因此需要进行正确的理论计算。在构建深基坑支护结构体系是要确保周围环境的功能及安全不受影响，并防止地下水深入到基坑内，确保深基坑建设环境的干燥。
3、目前我国深基坑支护结构工程的现状
近几年来，我国建筑行业所面临的技术难题之一就是深基坑支护结构设计技术，其是一个涉及多方面学科知识的建筑工程。深基坑支护结构施工工程及设计工程都是在实践过程逐渐得到完善的。随着国民经济的高速发展，建筑行业得到了较快发展，建筑物越来越多，建筑物也越来越高，地下的建筑层越逐渐增多。这些新产生的挑战，对深基坑支护结构工程有了更高要求，但是，由于技术缺陷，时常因深基坑质量问题发生事故。目前我国深基坑支护结构现状以下几方面的特点：
3.1深基坑支护结构工程中深基坑的深度逐渐加深
由于受到当前我国地皮价格昂贵、人们利益以及环境保护等因素的影响下，大部分建筑企业开始将建筑项目目标投向了地下空间。在改革开放初期，在我国大城市中地下室也非常鲜见，在中小型城市中就更不用说了。但是，现在很多的大城市及中型城市中3-4层的地下空间已属常见，甚至还会遇见6-7层的地下建筑物，这些建筑的深基坑深度有时候普遍超过地上建筑高度。
3.2深基坑工程施工地点的地质条件不好
在城市内，建设高大建筑物不能与水电站、核电站建设等重要设备相比，对建设水电站、核电站等能够在广阔的地域中选用地形比较优越的区域进行建设，但是对城市建设来说，其只能按照城市规划的需要和要求来建设。因此，往往会使深基坑支护结构工程建设的地质条件过差。
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3.3深基坑支护结构工程周边环境多样、复杂
随着城市化进程速度的加快，城市中能使用的剩余地皮面积逐渐减少，在大多数情况下，建筑单位在基坑周围正在建设或已建成或紧邻重要城市建筑的地方再建设深基坑支护结构工程，这样会存在无法保证自身建筑的可靠性和安全性的问题，同时也无法保证周边建筑物的安全。
4、深基坑支护结构设计的优化方案
从基坑支护的作用不难看出，其支护结构不仅影响到工程施工的安全性，更会影响到周边环境和建筑物、以及施工土质的稳定性，因此，在进行基坑支护方案设计时，应当采取可靠的支护方案，确保其稳定性和安全性，同时，在保证项目工程质量的基础上，还应尽量缩减投入成本，使基坑支护结构在确保稳定性和安全性基础之上，还要具有经济性。良好的基坑支护结构方案，能够对项目的开展起到积极的推动作用，更能够保障施工人员的人身安全。
4.1从经济角度设计优化深基坑支护方案
在考虑支护方案前，对所场地进行详细勘察，查明场地地层物理力学性质，以及对周边环境进行实地调查。以此来分析和判断出此位置将选用何种支护结构方案，同时，能够进一步确定出此位置进行基坑开挖和进行支护作业是否能够采取有效的经济节约措施。有时，在针对特殊土质条件及较为开阔的施工场地、且周边并无其他临近设施和建筑物时，还可以考虑进行简单护面或者无支护的方案来解决基坑支护问题。
4.2从基坑深度来优化深基坑支护方案
在基坑支护中，会涉及到悬臂桩的嵌固，且对其进行嵌固的深度通常要达到其高度的倍数。而由于悬臂桩在进行支护的过程中会涉及到弯矩的承载，且会出现侧向性位置移动，这将会对基坑周边的环境带来一定程度的影响，对此，在基坑支护方案比选上，要严格考量好基坑位移所产生的敏感度，若存在悬臂桩支护方案与周边环境实际要求出入时，则可使用联合支护方式达到支护效果。
5、基坑支护结构的设计原则与优化方法
5.1基坑支护结构的设计原则
在进行基坑支护结构设计时，其一般应遵循的设计原则是重视基本理论的指导作用；设计中计算分析全面，避免“漏项”，并且应考虑各种不利条件下的“工况”；做好基坑工程总体方案的选择；做好地下水和地表水的控制；充分运用“时空效应”的概念解决支撑工作和软土地区基坑开挖中遇到的难题，科学合理的制定支撑和挖土方案，减少位移、保证基坑安全；认真仔细监测变形，如果出现异常情况，应立即采取有限措施解决问题；研究和应用已有的行业的和地区性基坑工程规范以及当地的工程经验。
4.2基坑支护结构设计的优化方法
在设计基坑支护结构时，应当根据极限环境下的状态表达式进行计算，同时需要划分支护结构的极限状态，一般以正常使用极限状态和承载能力极限状态和为主。正常使用极限状态其所对应的状况是支护结构产生严重变形已妨碍了地下结构施工，甚至于影响到了周边建筑的正常使用。承载能力极限状态是指支护结构已承受了最大限度的压力甚至于土体变形严重、存在着失稳从而破坏了基坑周围环境和支护结构。因此在设计基坑支护结构时，需要计算其承载力极限状态，通过计算支护结构的承载力和稳定性、土体稳定性后，从而对极限状态进行掌握。另外对于支护结构变形有限定的基坑侧壁，则还需要验算基坑周边环境及支护结构变形的情况。
6、结束语
本文对深基坑及其支护结构进行了详细的介绍，并对深基坑支护进行设计时在设计之前的准备工作以及设计中要着重考虑的问题进行了详细的探讨，并在此基础上，对深基坑支护设计方案的优化方法进行了建模分析，即使用多目标决策模糊集理论和层次分析法来对其设计方案进行优化选择，确保其能够符合实际需求。希望通过本文关于深基坑及其支护结构设计的优化方法的相关研究对读者有所帮助。
参考文献：
[1]肖武权；冷伍明.深基坑支护结构设计的优化方法[J].岩土力学.2007（S1）
[2]潘是伟.遗传算法在深基坑支护结构优化设计中的应用[D].福州大学.2002
[3]吴晓娜.西安地区深基坑支护结构的优化方法研究[D].西安建筑科技大学2010
论文作者:梁培
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第28期
论文发表时间:2019/8/23
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