基坑设计优化.doc

基坑工程支护设计优化分析

（吕锋水利部长江勘测技术研究所430011）

摘要本文总结了基坑工程的特点及当前基坑工程支护结构设计方法的不足，阐述了基坑工程信息化施工的基本原理，提出了一套基于现代数值分析工具、系统工程理论和信息化施工的基坑工程支护设计优化分析的完整思路。

关键词基坑工程，信息化施工，系统工程，概念设计，数值模拟分析，支护设计优化，动态设计

AbstractThispapersummarizestheexcavations’characteristicsandthedefectsinthedesigningmethodsofthesupportstructureoftheexcavations,introducesthebasicprincipleofthedataconstructionoftheexcavations,andproposesapreferableanalysisanddesignmethodofsupportstructureofexcavations,whichisonbaseofthemodernnumericalanalysistools,thetheroryofsystematicengineering,andthedataconstruction.

KeywordsExcavationengineering,dataconstruction,systematicengineering,conceptiondesign,numericalmodelinganalysis,optimizingdesignofsupportstructure,dynamicdesign

一、引言

基坑工程的特点正向大深度、大面积方向发展，并经常在密集的建筑群施工，场地狭窄，邻近常有必须保护的永久性建筑和市政公用设施，不能放坡，对基坑稳定和位移控制的要求很严；基坑工程造价较高，但又是临时性工程，业主一般不愿投入较多资金；基坑工程是与众多因素相关的综合技术，如场地勘察、基坑设计、基坑施工、基坑监测、现场管理、相邻场地施工的相互影响等等；基坑设计和施工涉及地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、气候变化、地下水状态、施工程序和方法等许多复杂问题，是理论上尚待发展的综合技术学科⑴。基坑工程的特点决定了基坑工程支护设计方法和方案,必须采用科学的程序和科学的方法，这样才能使基坑工程的稳定和安全得到保障。

唐业清曾对全国103项基坑工程事故进行了细致的调查分析⑴，统计出事故发生的原因，因设计不当引发的事故占45%；因施工不当引发的事故占33%；因地下水处理不当引起的事故占22%。因此，采用合理的基坑支护设计计算方法，优化基坑支护设计方案是减少基坑工程事故的重要手段之一。

现行的基坑工程支护结构设计主要是基于极限状态方法按照应力计算来进行的，即所谓的强度控制法；但我们所能看到的是位移、场地环境对基坑系统变形有严格要求，因而须采用所谓的“变形控制法”。现行大多数基坑工程支护结构设计采用了数值方法，认为土体服从弹塑性或粘弹、粘弹塑力学本构模型，围护结构服从弹性模型，并依此来进行围护墙体或桩体及支撑的设计。事实上这只能说是一种基坑开挖前的初始设计；因为在基坑系统开挖或支撑施工、拆除及地下室施工中，整个基坑系统所处的力学性态模型在不断变化，尤其是周围土体。因此根据假设的模型所设计的围护结构可能发生问题，要么是设计偏于保守，要么就是不能满足基坑系统的稳定。支护设计的关键⑵是正确分析支护结构在不同工况时的受力状态与变形情况。首先必须正确地估计作用在支护结构上的侧压力才有可能作结构内力分析，但侧压力的大小不是固定不变的，荷载引起结构变形，而支护结构又使侧压力的大小与分布发生变化，这种相互作用的机理在现行的设计方法中无法加以考虑。

为确保基坑工程，特别是深大基坑系统工程的施工及周围建筑和地下管线的安全、可靠，保证基坑在开挖中及后期地下室结构施工阶段的整体稳定，需不断地对基坑系统的外观表征进行现场监测，并以监测的数据反馈设计和施工，对初始设计的模型和图纸进行修改、更新和完善。这也正是本文研究和分析的核心内容。

二、基坑支护工程信息化施工⑶

1．信息化施工概念

60年代以来，一些发达国家在推行新奥法于隧道设计施工的基础上，通过对施工开挖和支护过程中支撑系统及岩土体的位移、应力、孔隙压力等的量测，并据此作反演分析，用来监控岩土体和支护的动态及其安全，并根据及时获得的信息进一步修正和完善原设计，指导下阶段施工。这种融施工、监测和设计于一体的施工方法即称为