摘要：随着建筑业的高速发展，土地资源越来越紧张，建筑工程有通过向高、向下发展的趋势来缓解土地供应压力，这在一定程度上导致基坑工程在数量和深度上的急剧增加。由于基坑地质条件复杂，受周围环境制约因素较大，因此，要有一个安全的、合理的支护方案，必须掌握相关信息，调研各种客观条件，综合利用理论计算来精心设计，保证安全。本文通过一工程的支护设计方案比选优化为例，论述在场地狭小条件下的基坑设计，使用多种支护结构的结合，不仅可以确保开挖的安全，还可缩短工期，节省投资。
关键词：基坑工程；设计方案比选；方案分析；参数优化
一、引言
随着城市化进程的高速发展，人口越来越多地涌向城市，土地资源越来越紧张，工程有通过向高、向下发展的趋势来缓解土地供应压力，这在一定程度上导致基坑工程在数量和深度上均急剧增加。而此类基坑工程大多地处人群聚集地，用地紧张，具有周围建筑、道路密集，周边环境差异较大等特点。针对这些特点，分区段采用不同的支护形式，能充分发挥各支护的特点，能做到支护结构的安全可靠、经济合理，从而为同类型基坑工程设计提供参考。
二、基坑工程概述
在地下工程的建设中，需要进行基坑开挖和降水，为了保护其周边的建筑物或地下管线在基坑开挖期间的安全，需要构建一个基坑围挡结构或一系列止水降水等措施，基坑开挖的围护结构或采取降、止水措施统称为基坑支护工程。随着国家经济建设的发展，基坑支护的监测、设计、施工等技术也取得较大的进步。基坑支护不仅需保证基坑本身的安全与稳定，确保坑内的正常施工，同时还应控制基坑坑外土体移动，保证坑外建筑物的安全。现阶段，工程技术人员根据各地的具体情况，结合实践经历，进行了大量的实践研究，已形成了较为成熟的技术方案或实施标准。
2.1 基坑支护的结构型式
支护型式主要分为以下几类：放坡及简易支护；内支撑支护；拉锚式支护；悬臂式支护；重力式支护；土钉墙式支护和其他类型的支护。
基坑支护需考虑三个方面的作用：基坑支护系统必须满足土层的稳定性；必须能够有效地控制基坑周边地表沉降和水平位移；确保坑内地下水成功截断；总之，基坑支护结构不仅承受土压力和水压力，起到挡土的作用，也起到截水挡水的作用。基坑支护系统一般包括止水降水系统和挡土体系。
2.2 支护结构的选用原则
支护体系的选择要安全、经济、方便施工，要因地制宜的选用支护系统。一个好的支护设计，要根据基坑工程对支护体系位移的适应性，选择合理的支护类型，进行支护结构系统设计。相同的地质条件，相同的开挖深度，不同的支护结构型式的位移量是不同的，如满足不同变形要求的，那支护体系的费用相差的可能性就很大。
三、工程概况
3.1 工程介绍
本工程基坑长约297米，宽约139米，总开挖面积约为40108平米，最大开挖深度约为5.85米（电梯井部位）。基坑北侧为已建道路，道路下方有多条管线包括燃气管道并已投入使用，距用地红线约2.85米；南侧为在建工程，直线距离约为35米，基础形式为桩基础，基坑边距用地红线约为4.2米；东西两侧为拟建道路，其距用地红线约为3-7米；周边环境一般，施工区域狭小。
3.2 工程地质条件
拟建基坑挖深范围内土层自上而下依次是：（1）杂填土：该层回填时间短，土质软弱不均匀（2）褐黄-灰黄色粉质粘土，除暗浜区域外遍布，中等压缩性（3）灰色淤泥质粉质粘土，场地遍布，土质不均匀，呈流塑状态，高等压缩性（4）灰色粘质粉土，场地遍布，不均匀呈松散状态，中等压缩性（5）灰色淤泥质粘土，场地遍布分布稳定，土质均匀，该层呈流塑状态，高等压缩性（6）灰色粘土，场地遍布分布稳定，土质均匀，该层呈软塑状态，高等压缩性
3.3 水文地质条件
根据勘察报告，对本工程地基基础设计及基坑施工有直接影响的为浅层土层的潜水，现测得其稳定水位埋深为0.3-2.0米，水位较高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，围护设计时应考虑基坑开挖时产生流沙管涌等险情。
四、基坑支护方案
4.1 方案比选
本基坑工程具有开挖总体规模较大，跨度大，北侧地下管线密集，紧邻在建建筑物，现场施工场地狭小等特点。根据这些特点，结合工程地质、水文地质等考虑，主要比较两种支护方案：一是排桩+内支撑方案；二是分区段采用不同的支护结构方案。排桩+内支撑支护可有效控制基坑及地表变形，是较为常用的支护方案，但本基坑宽度较宽，中间势必需要增设立柱，这对于土方开挖及主体结构施工影响较大，不仅严重影响工期而且相对造价较高。故本工程采用组合支护方案，分区段采用不同的支护形式，最大限度地发挥各支护形式的优点，达到安全可靠、经济合理、施工便利的目的。
4.2 支护方案设计
为达到安全可靠、经济合理、技术可行、施工便利的技术要求，本基坑工程的设计思路为：对下方有众多管线的北侧道路采用重力式水泥土搅拌桩围护型式，对周边无建筑物、地下管线且具备放坡条件的东西两侧拟建道路，采用放坡方式辅以锚喷支护，对于南侧紧靠基坑处的在施建筑物采用重力式水泥土搅拌桩围护型式，对超出在建筑物的区段，局部采用放坡开挖辅以锚喷支护。
五、基坑围护结构参数设计及优化
5.1 设计方案分析
在确定支护方案后，对围护结构关键参数设计并进行优化，一些参数是具有关联性的，如围护桩的尺寸、桩距等。下面以重力式水泥土搅拌桩挡墙为例进行分析：采用较大的桩径、桩距和较小的桩径、桩距都可以达到相同的支护效果。但当“桩距为桩宽的3-5倍时，桩间土在滑坡推力作用下会产生拱效应”，桩径、桩距越大，桩间土拱应越弱，因而造成桩间土体的支护费用就越高，同时，桩径越大对施工机械的要求也就越高。因此，桩径和桩距的选取，需从安全可靠性、经济合理性、技术可行性、施工便利性等方面加以考虑。
5.2 重力式水泥土搅拌桩挡墙参数设计及优化
在相同的水泥土用量下，随着桩宽、桩高、桩距的增大，桩的弯矩也会增大，位移减小，桩的弯矩近似于直线增长，位移变化速率越来越小，这是由于在桩径、桩距的增大过程中，等效地连墙厚度也逐渐增大，但其变化速率越来越小，使得位移变化速率逐渐变慢。在总水泥土量相同前提下，桩尺寸越大，施工的综合单价越低，但桩间距越大，造成的桩间土拱效应越弱，桩间土的支护费用越高。因此，考虑到本工程的实际情况，选取重力式水泥土桩墙的围护型式为直径700间距1000，挡墙宽为4.2-5.2m，进入坑底为6.1-7.85m，这样既能满足挡土要求又起到防渗作用，还能便于机械化快速挖土，保证工期，比较经济。
六、实例体会
（1）应注意方案初步设计。根据地质条件和相关经验数据确定支护结构类型，这对基坑工程的安全及成本有着重要的影响。此外，还应认真借鉴类似的工程设计经验。
（2）在施工过程中要进行信息化管理，监控基坑的动态变化，及时通过反馈的信息来补充和完善设计方案，提高基坑设计的科学性和合理性，从而保证基坑安全顺利的施工。
（3）要重视实践经验在基坑设计中的重要作用，主要原因：一是当前一些计算规范或方法不成熟，计算结果只作为参考；二是复杂的地质条件、地质报告和实际情况与理论假设有差异，甚至有时误差较大；三是施工过程中可能会产生不符合设计要求的情况。
（4）在条件许可时，应测试一些重要的设计或经验参数，获得可靠的现场测试数据并作为设计的基础，使设计方案更接近实际。
七、结束语
对于开挖深度不一、工程地质条件、周边环境复杂、施工场地狭小等类型的基坑，采用组合支护设计方案，分区段采用不同的支护结构，在安全可靠的前提下，对降低工程造价具有重要意义。
参考文献
[1]古少枫 潘卫东 大型基坑明挖顺作产生的地面沉降研究[J]地下空间与工程学报2014（S1）
[2]上海市标准 《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）
[3]国家标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）
论文作者:郑纯胜,杜波波
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/5
标签：基坑论文; 工程论文; 结构论文; 方案论文; 压缩性论文; 条件论文; 位移论文; 《建筑学研究前沿》2018年第19期论文;