杭天明 张宜佳

0 引言

近年来，随着经济的发展，城市建设速度逐步加快，越来越多的高层建筑的兴建、大型市政设施的施工及大量地下空间的开发，产生了大量的深基坑工程，且建筑越高基坑开挖的深度和面积越大。由于高层建筑基础工程的造价约占整个工程造价的 1/3，工期约占总工期的 1/4，对深基坑支护结构进行优化设计可节省大量的投资，取得良好的经济效益和社会效益，因此基坑工程支护结构优化设计也显得尤为重要。

本文以天津地区某处基坑工程实例为依据，就该工程支护结构的优化设计进行研究，通过与传统设计进行比较，分析出优化设计在基坑工程支护结构设计方面的重要性。

1 工程概况及水文地质条件

该工程地下工程方面，拟开挖基坑深度为22.6m，地下结构分为3层，层高从上到下分别为 6.5m，6.5m和6m。该工程所处位置为冲积平原，地形平坦，地面高程1.72m～3.81m。

根据勘察报告，该地区土层主要分为杂填土、粉土、粉质粘土、粘土。具体分层情况见表 1。

表1 土层的分层情况及参数值

2 基坑支护的设计

基坑支护分为纵向支护和横向支护。

在基坑的纵向支护设计方面:

由于该工程处于市区，周边多为道路及房屋设施，原有建筑物的基础范围、埋深及地下管线对工程地下施工影响较大，考虑到基坑的开挖变形及降水对周边环境的影响，该工程纵向支撑采用地下连续墙作为其支撑围护结构。设计深度为14.4m，墙厚为1.2m。

在基坑横向支护设计方面:

1)传统的设计方法为顺作法，即随着开挖深度的增加在每一层楼板以上的位置设计横向支撑以约束基坑的横向变形，具体设计方法见图 1。

具体施工顺序为:a.开挖至深度5.8m，在深度5m处设置一道钢筋混凝土横向支撑。b.开挖至深度12.5m，在深度11.6 m处设置一道钢筋混凝土横向支撑，继续开挖至深度 15.1m，在深度14.6m处设置一道钢结构斜撑。c.开挖至深度19m，在深度18.1m处设置一道钢筋混凝土横向支撑。d.继续开挖至坑底。

这种方法在天津的大多数工程中被普遍采用，但是在该工程的设计和施工中遇到了具体的问题。由于开挖深度较大，每一层的层高也较大，第一步在开挖至5.8m后在5m处设置一道支撑。开挖深度之大是显而易见的，怎么控制变形，怎么保证施工的安全显得尤为重要。在利用软件模拟施工过程的同时发现只有放坡才能勉强控制这次变形。放坡1.5m，变形控制在31.4mm，比不放坡减少了 14.4mm。这种施工方法虽然控制了变形但是增加了施工的难度和安全性。

2)为了避免这些情况，根据具体的工程概况，在横向支护设计方面，采用半顺半逆的施工方法，即在开挖的同时及时附加横向钢支撑，开挖至楼板的位置打上部分楼板作为横向支撑。具体设计方法见图 2。

具体施工顺序为:a.开挖至深度2.8m，在深度2.3m处设置一道钢支撑。b.开挖至深度7.8m，在深度7m处设置一道钢筋混凝土支撑(逆作楼板)。拆第一道支撑。c.开挖至深度10.3m，在深度9.8m处设置一道钢支撑。d.开挖至深度14.3m，在13.5m处设置一道钢筋混凝土支撑(逆作楼板)。拆第三道支撑。e.开挖至深度15.8m，在深度15.3m处设置一道钢结构式斜撑。f.开挖至深度18.8m，在深度18.3m处设置一道钢支撑。g.继续开挖至坑底。

这种做法直接避免了第一步开挖过深对纵向支护结构变形的影响。

3 两种设计方法的比较

从图3，图 4结构受力包络图可以看出:

纵向支护变形方面:

传统做法最大位移产生在 14.8 m深度，最大位移数值为41.2mm;新做法最大位移产生在 14.9m，最大位移值为 39mm，比传统做法小了 2.2mm。新做法控制变形比传统做法稍好。

横向支撑轴力方面:传统做法最大轴力为1 036 kN，新做法为1 031.9 kN，平均轴力分别为646.8 kN和458.38 kN。新做法的横向支撑轴力平均比传统做法小了 188.42 kN。新做法的横向支撑轴力小，一方面在设计横向支撑时可以减小尺寸、节省材料，另一方面在施工时可以减小变形，增加了施工过程的安全性。

施工方面:

传统做法虽然只有四道支撑，但是在施工过程中变形始终较大，难以保证结构的安全性。在基坑挖至坑底后做楼板需要将钢筋混凝土支撑打掉。而新做法在做横向支撑的同时也打上了楼板，在挖至基坑底部的同时楼板也几乎做完。这样就大大缩短了工期，节省时间，提高了经济效益。

4 结语

通过基坑支护结构设计传统做法和新做法的比较和分析，发现新做法在结构受力方面使支护结构的横向变形更均匀，更容易控制，在减小变形的同时，缩小了横向支撑的平均轴力。在施工方面增加了安全性、可靠性，大大缩短了工期，提高了经济效益，实现了结构优化。另外，在使用新做法设计时发现虽然新做法比传统做法控制变形稍好，但是在开挖和设置横向支撑的工程中还是不能避免的出现了跨度加大问题，所以在施工中有待进一步提高。

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