摘要：为了减少工程投资，对深基坑工程设计进行优化是十分必要的。阐述了深基坑工程的优化设计原理、方法，并以在建的上海虹桥协信中心为例，通过对多种支护方法的技术经济比选分析，实现对支护方案的优化设计，取得良好效果。
关键词：深基坑；优化设计；方法；工程应用。
本文论述了深基坑工程的优化设计原理、方法，并以上海虹桥协信中心为例，通过对多种支护方法的比选分析，实现对支护方案的优化设计，取得良好效果。
1.优化设计原理
深基坑工程的优化设计按其阶段不同，可分为三级优化：系统优化、设计计算优化和反演分析优化（信息化施工）。
1.1系统优化
系统优化，也即方案优化，是指根据某一深基坑工程所要达到的目标而优选出一个最佳方案。深基坑工程系统优化包括深基坑工程的概念设计、支护结构和地下水处理以及周边环境保护措施等方案的优选。它是整个深基坑工程优化设计的第一步，也是最重要的一步。基坑支护系统设计首先应着眼于概念设计，着眼于可行方案的筛选与优化。
1.2设计计算优化
设计计算优化是在支护系统确定后，对具体方案的细部进行优化计算，优化目标是使深基坑工程总体造价为最小。
1.3反演分析优化
反演分析优化就是通过施工时对整个深基坑工程系统的布点监测，根据监测成果直接了解并预测其变化态势，及时调整施工行为、修正设计，还可根据监测信息，反演计算参数，利用反演计算参数重新分析计算而进行正分析变形预测，必要时修正设计或调整施工行为。
2.优化设计途径
2.1根据场地水文、工程地质条件和基坑特点合理选择支护方案
无支护或简单护面的放坡方案最为经济，如果场地空间允许且无深厚软土，应优先考虑。当基坑开挖深度>5m时，考虑到放坡增加的土方开挖、外运费用以及地下室周边回填费用，有时采用放坡方案反而不一定比喷锚网支护方案经济。这时可考虑采取联合支护型式，如基坑边坡上段适度放坡，下段采用喷锚网支护。
2.2根据基坑周边环境特点选择支护方案
根据基坑周边环境的严峻程度，结合基坑开挖深度、工程地质和水文地质条件来确定支护方案，实际上就是一种面向问题设计方法，它是赋予不同环境条件约束下的基坑或基坑各边不同的“安全度”。显然，可以把有限的建设资金用到“刀刃”上，达到最佳的经济效果。
2.3采用被动区加固方法
实际工程监测结果表明，对于含有深、厚流塑至软塑粘性土层的深基坑，支护结构体前的主动土压力非常大。另一方面，在基坑开挖过程中和开挖后，由于土体自重应力释放、土体松弛与蠕变以及支护结构向坑内的变形挤压等方面原因，导致坑底隆起变形和坑底下一定范围内土体强度的降低。为了控制支护结构的侧向位移、减少坑底隆起和工程造价，可在基坑开挖前超前一定时间（加固土体的硬结时间），对支护结构被动区进行加固，加固的形式有格构式暗撑、齿形暗扶壁和暗墙等，加固方法有水泥搅拌桩、旋喷桩、注浆等。工程经验表明，加固土体的平均强度和基床系数可提高2～6倍，从而大大降低支护工程费用，提高支护体的安全度。
2.4采取有效的地下水处理措施
在深基坑工程中，处理地下水的方式主要可分为三大类：降水措施、防水措施和降、防联合措施。降水的方式有多种，按降水所处的位置可分为坑外降水和坑内降水；按疏干地下水的方式可分为抽排疏干型和导渗减压型。控制降水深度在基坑开挖面以下0.5～1.0m或承压水头降至基坑开挖到坑底后不至产生坑底突涌现象，并有一定安全储备。
过深或过大时容易引起渗流所带来的不利影响。防水措施主要为打竖向防渗围幕和封底（水平防渗围幕）。一般来说，采用降水措施要比采用防水措施经济。但是，由于降水引起的地面沉降不可避免地要对基坑周边的环境造成一定的不利影响，因此，降水方案的优化需要既能满足基坑开挖施工的需要，又能将坑外地下水的水力坡度和压降或水位深度降至最小。实践证明，降水与打防渗围幕或回灌技术相结合的地下水处理措施也能既经济又安全地保护基坑附近的建筑物。
2.5注重施工过程
要求施工单位尽早理解设计意图，施工单位可从自身角度提出相应的意见。
根据现场实际条件，确定场布、挖土方案，栈桥、下坑马道等设置对施工速度、造价均有较大影响。注意围护结构、桩基施工、降水、挖土之间的相互搭接，各项施工的合理搭接有利于缩短工期，提高施工质量。施工对设计的贯彻偏差、施工误差引起足够重视。施工步骤上的偏差、施工误差可能带来安全上的隐患或造价上的浪费。
2.6注重整体开挖方案
整体开挖方案众多，例如：先浅后深（上海东方艺术中心）；中心岛开挖（和记黄埔古北项目）；周边先期施工（上海东方万国产业园）；中间分隔坝体（上海港国际航运中心西块）；分块顺作（绿地1960项目）；逆作法（上海合生国际广场）；半逆作法（塘东总部基地）；中间顺作，周边逆作（上海中心）等。深大基坑适宜的整体开挖方案筹划，有助于加快主体目标施工进度，减小施工难度，降低施工造价。
不适当的开挖方式往往是造成基坑事故的重要原因。一方面，围护结构设计应为土方开挖创造条件；另一方面，合理进行土方开挖也是基坑安全的保障。支护结构的水平位移不仅与支护结构的刚度、土层性质有关，也同基坑开挖方式和开挖应力释放速率有关。原则上要求每阶段的开挖深度与相应设计工况的计算模型一致。强调分层开挖、先支撑（或锚定）后开挖和每次控制规定深度、及时架设支撑的原则。
2.7注重信息化施工
深基坑工程是土体、支护结构、周边环境相互共同作用的一个动态变化的复杂系统，由于岩土材料的不确定性和试验数据的离散性、支护结构设计计算模式的简化、周边环境的复杂性以及降雨、施工质量问题突发或偶然事件的不良影响等等原因，仅仅依靠理论分析和经验估计是难以完全把握基坑支护结构和土体的变形及破坏过程与特征，也难以完成可靠而经济的基坑设计。因此，通过施工时对整个深基坑工程系统的定期监测，直接了解其变化的势态，利用监测信息的反馈分析，较好地预测系统的变化趋势。
2.8注重专家评审
如上所述，仅仅依靠理论分析和经验估计是难以完全把握基坑支护结构和土体的变形及破坏过程与特征，也难以完成可靠而经济的基坑设计。俗话说：基坑设计，三分计算，七分经验。因此应高度重视专家评审意见，重视地区规范和地区工程经验，充分利用该领域高水平专家的知识与经验。上海地区经济发达，深基坑工程多，采用专家系统的方法来辅助进行基坑支护结构的选型，有着较好的实用价值。
3结论
设计计算优化是在支护方案确定后支护参数进一步优化，通过这一步使设计方案设定的目标得以基本实现。和其他岩土工程一样，对基坑进行监测并实现信息化设计和施工是必要的，也是可行的，信息化设计与施工是设计方案不断的优化过程。
参考文献：
[1]徐杨青.深基坑工程设计的优化原理与途径[J].岩石力学与工程学报，2001，20（2）：248-251.
[2]何晖，王建智，朱有禄.深基坑工程优化设计技术及其工程应用[J].地下空间与工程学报，2001，20（2）：248-251.
[3]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
关键词：深基坑；优化设计；方法；工程应用。
本文论述了深基坑工程的优化设计原理、方法，并以上海虹桥协信中心为例，通过对多种支护方法的比选分析，实现对支护方案的优化设计，取得良好效果。
1.优化设计原理
深基坑工程的优化设计按其阶段不同，可分为三级优化：系统优化、设计计算优化和反演分析优化（信息化施工）。
1.1系统优化
系统优化，也即方案优化，是指根据某一深基坑工程所要达到的目标而优选出一个最佳方案。深基坑工程系统优化包括深基坑工程的概念设计、支护结构和地下水处理以及周边环境保护措施等方案的优选。它是整个深基坑工程优化设计的第一步，也是最重要的一步。基坑支护系统设计首先应着眼于概念设计，着眼于可行方案的筛选与优化。
1.2设计计算优化
设计计算优化是在支护系统确定后，对具体方案的细部进行优化计算，优化目标是使深基坑工程总体造价为最小。
1.3反演分析优化
反演分析优化就是通过施工时对整个深基坑工程系统的布点监测，根据监测成果直接了解并预测其变化态势，及时调整施工行为、修正设计，还可根据监测信息，反演计算参数，利用反演计算参数重新分析计算而进行正分析变形预测，必要时修正设计或调整施工行为。
2.优化设计途径
2.1根据场地水文、工程地质条件和基坑特点合理选择支护方案
无支护或简单护面的放坡方案最为经济，如果场地空间允许且无深厚软土，应优先考虑。当基坑开挖深度>5m时，考虑到放坡增加的土方开挖、外运费用以及地下室周边回填费用，有时采用放坡方案反而不一定比喷锚网支护方案经济。这时可考虑采取联合支护型式，如基坑边坡上段适度放坡，下段采用喷锚网支护。
2.2根据基坑周边环境特点选择支护方案
根据基坑周边环境的严峻程度，结合基坑开挖深度、工程地质和水文地质条件来确定支护方案，实际上就是一种面向问题设计方法，它是赋予不同环境条件约束下的基坑或基坑各边不同的“安全度”。显然，可以把有限的建设资金用到“刀刃”上，达到最佳的经济效果。
2.3采用被动区加固方法
实际工程监测结果表明，对于含有深、厚流塑至软塑粘性土层的深基坑，支护结构体前的主动土压力非常大。另一方面，在基坑开挖过程中和开挖后，由于土体自重应力释放、土体松弛与蠕变以及支护结构向坑内的变形挤压等方面原因，导致坑底隆起变形和坑底下一定范围内土体强度的降低。为了控制支护结构的侧向位移、减少坑底隆起和工程造价，可在基坑开挖前超前一定时间（加固土体的硬结时间），对支护结构被动区进行加固，加固的形式有格构式暗撑、齿形暗扶壁和暗墙等，加固方法有水泥搅拌桩、旋喷桩、注浆等。工程经验表明，加固土体的平均强度和基床系数可提高2～6倍，从而大大降低支护工程费用，提高支护体的安全度。
2.4采取有效的地下水处理措施
在深基坑工程中，处理地下水的方式主要可分为三大类：降水措施、防水措施和降、防联合措施。降水的方式有多种，按降水所处的位置可分为坑外降水和坑内降水；按疏干地下水的方式可分为抽排疏干型和导渗减压型。控制降水深度在基坑开挖面以下0.5～1.0m或承压水头降至基坑开挖到坑底后不至产生坑底突涌现象，并有一定安全储备。
过深或过大时容易引起渗流所带来的不利影响。防水措施主要为打竖向防渗围幕和封底（水平防渗围幕）。一般来说，采用降水措施要比采用防水措施经济。但是，由于降水引起的地面沉降不可避免地要对基坑周边的环境造成一定的不利影响，因此，降水方案的优化需要既能满足基坑开挖施工的需要，又能将坑外地下水的水力坡度和压降或水位深度降至最小。实践证明，降水与打防渗围幕或回灌技术相结合的地下水处理措施也能既经济又安全地保护基坑附近的建筑物。
2.5注重施工过程
要求施工单位尽早理解设计意图，施工单位可从自身角度提出相应的意见。
根据现场实际条件，确定场布、挖土方案，栈桥、下坑马道等设置对施工速度、造价均有较大影响。注意围护结构、桩基施工、降水、挖土之间的相互搭接，各项施工的合理搭接有利于缩短工期，提高施工质量。施工对设计的贯彻偏差、施工误差引起足够重视。施工步骤上的偏差、施工误差可能带来安全上的隐患或造价上的浪费。
2.6注重整体开挖方案
整体开挖方案众多，例如：先浅后深（上海东方艺术中心）；中心岛开挖（和记黄埔古北项目）；周边先期施工（上海东方万国产业园）；中间分隔坝体（上海港国际航运中心西块）；分块顺作（绿地1960项目）；逆作法（上海合生国际广场）；半逆作法（塘东总部基地）；中间顺作，周边逆作（上海中心）等。深大基坑适宜的整体开挖方案筹划，有助于加快主体目标施工进度，减小施工难度，降低施工造价。
不适当的开挖方式往往是造成基坑事故的重要原因。一方面，围护结构设计应为土方开挖创造条件；另一方面，合理进行土方开挖也是基坑安全的保障。支护结构的水平位移不仅与支护结构的刚度、土层性质有关，也同基坑开挖方式和开挖应力释放速率有关。原则上要求每阶段的开挖深度与相应设计工况的计算模型一致。强调分层开挖、先支撑（或锚定）后开挖和每次控制规定深度、及时架设支撑的原则。
2.7注重信息化施工
深基坑工程是土体、支护结构、周边环境相互共同作用的一个动态变化的复杂系统，由于岩土材料的不确定性和试验数据的离散性、支护结构设计计算模式的简化、周边环境的复杂性以及降雨、施工质量问题突发或偶然事件的不良影响等等原因，仅仅依靠理论分析和经验估计是难以完全把握基坑支护结构和土体的变形及破坏过程与特征，也难以完成可靠而经济的基坑设计。因此，通过施工时对整个深基坑工程系统的定期监测，直接了解其变化的势态，利用监测信息的反馈分析，较好地预测系统的变化趋势。
2.8注重专家评审
如上所述，仅仅依靠理论分析和经验估计是难以完全把握基坑支护结构和土体的变形及破坏过程与特征，也难以完成可靠而经济的基坑设计。俗话说：基坑设计，三分计算，七分经验。因此应高度重视专家评审意见，重视地区规范和地区工程经验，充分利用该领域高水平专家的知识与经验。上海地区经济发达，深基坑工程多，采用专家系统的方法来辅助进行基坑支护结构的选型，有着较好的实用价值。
3结论
设计计算优化是在支护方案确定后支护参数进一步优化，通过这一步使设计方案设定的目标得以基本实现。和其他岩土工程一样，对基坑进行监测并实现信息化设计和施工是必要的，也是可行的，信息化设计与施工是设计方案不断的优化过程。
参考文献：
[1]徐杨青.深基坑工程设计的优化原理与途径[J].岩石力学与工程学报，2001，20（2）：248-251.
[2]何晖，王建智，朱有禄.深基坑工程优化设计技术及其工程应用[J].地下空间与工程学报，2001，20（2）：248-251.
[3]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
