论深基坑支护结构设计的优化

论深基坑支护结构设计的优化

李智

 中冶焦耐（大连）工程技术有限公司  辽宁大连  116000

摘要：在建筑施工过程中，深基坑支护结构是工程的根基，也是确保工程稳定的关键所在。但是在实际推进深基坑支护结构设计的过程中，其面临的情况会更加复杂，给施工造成一定的影响与干扰。因此，对于广大施工单位而言，施工之前必须做好方案的预判，及时组织团队针对具体的施工方案可行性进行研究和考察，对设计方案不断进行优化与完善，促使其更加具有科学性、合理性以及安全性，不断提升施工的质量和效率，减少过程中资源的浪费以及事故的发生。基于此，本文以“深基坑支护结构设计的优化”为研究对象，从多个角度对这一话题进行论述，以期相关研究内容能够为广大工作人员带去启示和参考。

关键词：深基坑支护；结构设计；优化

深基坑主要是指在深度超过5米的地方开挖土方，进行支护、降水等工程，在深基坑施工的过程中，任何一个环节的推动都会影响到整个工程的施工，所以施工时必须完善每个步骤和工艺，结合深基坑的特征，对关键环节进行技术优化或升级，确保施工的安全。

一、深基坑支护结构设计概述

就深基坑支护的特点来看，其是为了确保施工人员的安全以及施工范围的准确度，必须采取一定的围挡措施，现阶段我国有关基坑支护的工程主要涉及港口、交通运输、房屋建筑以及水利等，难度广、范围大，而且施工过程存在很大的风险。通常情况下，基坑越深危险系数就会越高，施工难度也会越大，所以基坑支护结构的设计问题也逐渐引起多方的关注和重视。[1]

事实上，近年来有关基坑支护的安全问题频频出现，为了确保施工人员的安全以及工程质量，有必要结合基坑支护结构的特点进行设计优化。如今很多建筑都在向地下世界寻找空间，所以基坑的深度越来越大，深者能够超过十米，甚至达到地下88米，尤其是城市化进程的加快，促使人们对于各类建筑的诉求越来越高，甚至于很多基坑支护工程只能在城市规划的要求范围内才能进行，在地质环境不够理想的情况下，也会增加设计和施工的难度。

二、深基坑支护结构类型的分析

现阶段，我国通常采用的深基坑支护结构主要可以分为四个类型，具体选择哪种结构取决于地质条件、基坑深度、施工要求等因素，在设计时需要综合考虑各种因素，确保支护结构的安全性和经济性。

首先是地下连续墙支护，其安全性较强，适用于多种地形状况，只不过成本投入相对较高；

其次是深层搅拌桩支护，主要是通过将化学物质注入施工泥土当中，不断让泥土变得坚硬，让施工更容易操作。总体来说，是一种比较经济实惠的操作方式；

再次是土地墙支护，主要是指在土地当中钉入固定土地，是成本较低也非常常用到的支护方式，但因为其对地形有着较高的要求，必须在施工环境良好的土地上才能进行施工；

最后是排桩支护形式，主要是借助一些诸如混凝土类型的材料将施工现场的泥土进行排桩，目的在于增加土地的硬度，便于后续顺利施工。由于这类支护方式有着较强的适应性，所以即便是在地形不好的情况下，依然可以使用。

三、深基坑支护结构设计存在的主要问题

概括而言，深基坑支护结构设计存在如下问题，解决这些问题需要进行综合的设计和施工管理，并与相关专业人员和承包商密切合作。经验丰富的工程师和顾问可以提供宝贵的指导和建议，确保深基坑支护结构的设计和实施符合安全、稳定和可持续发展的原则。

（一）深基坑空间开挖存在不当

很多深基坑支护施工会出现结构移位的情况，这就是因为前期进行开挖空间设计的过程中，没有对地质情况进行仔细的勘察，让施工的基础因素就暴露出十分严重的失误，影响到后续施工。

（二）深基坑的环境相对复杂

深基坑项目可以选择的施工环境其实具有一定的局限性，施工现场的复杂往往导致施工难度的增加，给前期设计工作也带来不小的挑战和压力，一旦设计人员在前期勘探过程中没有即使识别出问题，自然会影响到后续的设计以及施工进度。

（三）深基坑支护结构设计结果和实践存在较大差距

现阶段我国应用于深基坑支护压力的指导理论明显不足，很多设计人员沿用传统的挡土压强理论进行设计指导，以至于设计结果在后续应用的过程中暴露出不小的误差，而且设计过程中任何一环出现纰漏，都会导致实践应用交织最初的设计，存在很大差距。

（四）力学参数的选择不够恰当

不同的施工场合与环境，其力学物理参数自然不同，而且差异性较为明显，部分设计人员的专业储备不足，对客观差异性缺乏应对之策和理解，往往在前期设计的过程中不会考虑到物理参数正确性的问题，导致设计和后续的施工都十分盲目，增加了后续安全隐患和事故出现的可能性。

四、深基坑支护结构设计的优化策略

要对深基坑结构设计进行优化和改善，具体需要从提高深基坑支护结构设计人员的职业技能与专业素养，坚持多角度、多维度地对深基坑支护结构设计方案进行预设分析，对设计坑支护结构本身进行细化，对桩体嵌固实施优化，结合深基坑的实际情况，选择契合的支护结构设计方案，基于已有的方案实施必要的优化与改善，原材料数值的计算以及支护结构设计流程的优化——这样几个角度进行贯彻落实：

（一）提高深基坑支护结构设计人员的职业技能与专业素养

设计人员的素养高低直接关系到设计成果的质量，关系到深基坑支护工程后续的开展，关系到最终的项目出品，所以要想优化深基坑支护结构设计，有必要从提高设计人员的专业素养着手。

设计单位可以定期对设计人员的专业性展开培训，不断提高和丰富其视野，不断提升培训对象的人文知识水平，提升其专业素养和设计能力，进而提升基坑支护结构设计的科学性、合理性以及适应性。[2]

（二）坚持多角度、多维度地对深基坑支护结构设计方案进行预设分析

对深基坑支护结构设计方案进行多角度、多维度的预设分析是非常重要的，可以帮助识别潜在问题并优化设计。实际的预设分析应根据具体项目情况进行调整和完善。关键是充分了解项目背景、理解各个方面的影响因素，并运用适当的工程方法和工具进行综合分析。

一方面，在进行基坑支护结构方案设计的过程中，需要就施工过程中施工人员所需要注意的问题，特别是使用材料的选择进行高度注意，确保后续能够减少安全隐患，保障施工安全，积极推动工程的顺利进行；

另一方面，在推进深基坑支护工程时，因为环境不同、地质条件不同，具体采用的支护结构设计方案自然存在差别。所以有必要考虑到这些差异化的因素，针对后续施工过程中有可能遇到的问题进行先期预设，并生成相应的解决方案，便于施工人员针对这些问题能够及时找出解决办法。

（三）对设计坑支护结构本身进行细化

为了优化基坑支护结构设计，设计人员有必要从多个技术参数着手展开研究，确保设计的合理性、有效性以及稳定性。比如在我国某地区的基坑支护结构进行设计的过程中，设计人员格外重视对支护结构的设计和精细化处理，在确定工程约束条件的基础上，从位移约束的角度着手，划分水泥土墙的安全等级，结合基坑的实际参数，规范后续设计的参数范围，得出相应的规划结论。

另一方面，由于现阶段计算机技术和建筑行业的应用融合程度不断加深，从数据分析和案例总结的角度优化结构设计，也具有一定的可行性。[3]

（四）对桩体嵌固实施优化

优化桩体嵌固，可以从这样两个角度进行，可以根据具体的工程项目和地质条件选择适合的优化措施。在实施优化前，需要进行充分的地质勘察和工程设计，以确保优化措施的有效性和安全性，减少后续事故等一系列问题发生的可能性。

一方面，对于桩身而言，如果两个桩子之间的距离比较大，有可能增加土的受力，也间接增加土层滑落的风险，降低支护的效果，而且会提高造价。所以在优化结构设计的过程中，必须计算桩身的布置方式，确保桩土之间的结合更加可靠、紧密，确保基坑支护作用能够得到充分的发挥；

另一方面，桩身嵌固长度的设计需要结合工程的实际状况来进行判断，不仅要保证安全性，更要提高其经济效益。桩身结构的优选以及嵌固深度的确认不仅是完善深基坑支护结构设计的重要组成部分，在实际开展支护的过程中，如果嵌固的厚度和深度不足，就会影响到基坑支护的稳定性，繁殖也会造成不必要的材料投入和资源浪费。

（五）结合深基坑的实际情况，选择契合的支护结构设计方案

受到地质环境、施工技术以及土层条件等多重因素的影响，深基坑支护施工的难度较大，施工周期较长，施工过程充斥着种种不稳定的因素，增加了过程中面临风险的可能性。为了尽可能降低过程中安全事故出现的可能性，有必要科学地选择支护方案，充分考虑各类安全因素。[4]

一方面，在进行支护方案的选择时，必须做好有关地下水渗透率以及水位的前期调查，确保熟知不同管道的实际分布情况，坚持对基坑周围的地质环境进行严格的考察，计算出基坑和主体之间的距离，实现对基坑支护结构尺寸的严格判断；

另一方面，深基坑支护结构设计人员需要具备较高的专业素养和丰富的岗位设计经验，能够意识到安全控制的必要性，在进行支护方案设计的过程中不仅需要把握安全性，对不同方案进行审查，更要从中做出细节的确认和方案的优化，既保障后续能够顺利施工，也减少不必要的成本投入，为后续工作的开展，提供充分的技术保障与支持。

（六）基于已有的方案实施必要的优化与改善

由于深基坑施工的类型比较多，结构设计方案也会呈现出多样化的特征，在展开具体的设计之前，需要把握这样几个要点，可以基于已有的方案实施必要的优化与改善，提高支护结构的性能、安全性和经济性。同时，定期进行回顾和总结，从中学习经验教训，为未来的设计项目提供更好的指导和参考。

首先，土钉墙虽然前期投入的费用比较低，但是不能用在深度超过15米的软土基坑当中，更不能用于软土基坑；

其次，水泥土墙坚硬度和硬度会更加理想一些，主要采取旋喷组合和搅拌桩进行支护，多用于7米以下的深度工程；

最后，地下连续墙对各类土层适应性较高，刚性较大，即便是在一些不理想的地质条件下，依然可以使用。

从这三个要点来看，在进行深基坑支护结构设计方案的选择时，必须结合土层和地下水两个细节展开思考。

此外，在进行方案选择的过程中必须考虑到施工单位的资质情况，如其现场管理能力、施工人员的综合素质、单位的投资建设水平等；还需要将悬壁桩、水泥、排桩以及搅拌锚杆等结合起来进行综合考虑。现阶段我国围绕建筑施工的具体需要出台了诸如《建设工程安全生产管理条例》《建筑工程施工质量验收标准》以及《中华人民共和国建筑法》等文件，设计方案的选择从始至终都要紧密围绕这些内容进行，由此才能满足基坑支护施工所需。

（七）原材料数值的计算

在深基坑支护施工的过程中，施工行为本身带有强烈的综合性，所以其也可以被理解为一门交叉学科，会涉及包括结构工程、力学计算以及功能计算等多个方面的内容，诸如结构变形、力学稳定性、地下水渗漏等情况必须在前期就做好计算。相对于其他类型的工程，深基坑支护施工过程中各类风险和事故出现的概率比较高，同类型的事故新闻近年来也频频引发舆论，因为事故类型本身就具有多样性，再加上本土类似的交叉理论研究尚且处于启蒙阶段，使用单一的手段和方法确定原料参数值是较为普遍的现象。由于深基坑支护结构的设计需要多方面的协同，比如原料变量设计、目标函数计算、约束条件的优化等，因为深基坑支护施工主要使用的原料就是水泥，所以在实际确定变量时，通常会使用赋值法，可以将每一个变量所代表的函数设定为一个具体的内容，在确定原材料数量之后，完成目标函数的计算，严格按照最低成本的计算标准。[5]

现阶段我国建筑行业对于深基坑支护所进行的理论研究带有一定的局限性，很多不确定因素所带来的影响只能在后续不断实践的过程中进行经验总结，无论是结构设计人员还是后续的管理者都要尽可能地细化设计方案，从数值计算的维度做好预警，尽可能降低后续风险发生的可能性。

（八）支护结构设计流程的优化

对于深基坑支护结构设计流程的优化，需要按照这样的思路进行，能够帮助提高设计效率、减少错误，并优化支护结构的性能和可靠性。

首先，将设计者所需要的诸如地质勘查报告、地下室结构图、基坑开挖路线以及周边建筑和管道的基础资料、环境地图等予以提供，解答是否存在禁止工艺、是否能够准确提供打锚、出土位置等问题；

其次，结合勘察报告以及基坑开挖路线，完成对土层参数的整理，及时将开挖边线完全套在勘察报告当中，及时将基坑周边分剖面，确定各个剖面的重度、含水率、内摩擦角等参数；

再次，建立垂直支撑系统模型并展开计算。通常情况下，如果存在内支撑，那么剖面计算的过程中需要依次输入已经整理出的土层参数、基坑深度以及周荷载。完成建模之后，需要增加未来水平支撑作用力，结合地下构图避开楼板；

第四，进行水平支撑系统的建模以及计算，通过计算工程垂直支护，得出水平支撑的几何位置，然后计算出每一层各杆的受力情况并及时进行调整；

最后，在调整方案的过程中，水平支撑力和垂直支撑力必须保持高度一致，整个深基坑也必须满足稳定性、抗隆起等计算要求，并实现对成本的有效管控。而且在调整过程中相关人员需要考虑挖掘方案的设计。

总而言之，在建设项目及施工进程当中，深基坑支护结构设计是一项非常关键的基础性工程，不仅能够为项目建设和施工奠定基础，更能够为后续施工费用的节省创造条件。施工单位有必要对深基坑支护的结构设计工作予以足够的关注和重视，做好质量的监督以及施工方案的完善工作，确保项目能够如期交付、减少后续问题等发生的可能性。

参考文献

[1]郑磊.膨胀土地层深基坑支护结构设计优化分析[J].工程与建设,2022,36(02):363-368+450.

[2]陶然.深基坑支护结构设计的优化方法[J].住宅与房地产,2020,(33):194+208.

[3]亢蒙蒙.深基坑支护结构变形规律及设计优化研究[D].中国石油大学(华东),2020：26-29.

[4]韩卫东.某深基坑支护结构设计优化与监测分析[J].城市住宅,2020,27(01):116-120.

[5]纪迎超,李永强,聂书斌.深基坑支护结构设计的优化方法[J].中国建材科技,2019,28(06):157+155.