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摘要：深基坑工程是一项系统性工程，包括基坑开挖、支护结构设计、施工、监测等具体环节，随着城市建设的高层建筑、地下空间利用的发展，大规模、复杂环境下的深基坑工程问题已逐渐得到广泛关注，城市中密集的地下管线、建筑物、隧道以及建筑高度提升，地下空间扩大，环境保护要求提高都会使深基坑工程的难度和复杂性大幅度提升，深基坑工程是临时性工程，安全度较低，一旦出现问题将直接威胁施工人员、周边建筑物与各种地下设施的安全。本文对复杂环境条件下深基坑工程设计与实践进行探讨。
关键词：深基坑；复杂环境；设计优化
1深基坑工程设计的内容
深基坑工程设计在整体工程设计方案中是一个相对独立的设计环节，包括方案设计和施工图设计。基坑工程设计与施工的关系非常紧密，在方案设计时需统筹兼顾。深基坑工程设计需要的资料包括主体结构设计图纸、工程勘察报告、周边地区环境调查资料、建筑物情况、市政设施情况、道路情况及基坑工程施工条件。基坑的时空效应。因为实际工程的复杂性，在时间上，由于土的蠕变性，在应力水平不变的情况下，基坑发生变形、支护结构所受荷载随时间逐渐增大，这是时间效应；在空间上基坑形状尺寸及每步的开挖范围及深度都会对基坑受力产生影响，这是空间效应。要在施工中控制每步的开挖范围和深度并及时进行支护和监测。
2开挖方案的选择
2.1放坡开挖
放坡开挖费用较低，施工作业空间较大，工作面宽，工期短，如果条件允许则首先选择放坡开挖，限制条件是场地和深度，放坡开挖需要占用较大的场地，在城市往往没有这个条件。
2.2无支撑开挖
当不能采用放坡开挖方案时，必须选用支护结构以支撑坑外的土体，在允许的条件下应尽可能采用无支撑开挖的方案，因为这种方案能提供比较开阔的坑内施工条件，便于挖土、运土及地下室的施工，同时也比较经济。
2.3有支撑的开挖
在不具备采用土层锚杆条件的场地，深基坑只能采取有支撑开挖的方案，但是深基坑的平面尺寸一般都比较大，给支撑设置带来了困难，由于支撑和挖土的工序互相交叉，形成许多各具特色的支护开挖方案。
2.3.1分层开挖分层支护法
最基本的方法是分层开挖分层支护法，按照结构受力分析和便于施工的原则布置支撑和锚杆的位置，分层挖土与支撑设置交替施工。
2.3.2中心岛法
如果基坑面积很大，继续采用分层开挖分层支护，在技术和经济上都不合理，这就需要在平面上加以划分，中心岛法是平面划分的一种形式，将平面分成两个部分，中心部分先施工，先施工的面积比较小，可进行放坡施工，在中心部分浇筑底板及地下室的部分结构，再分层开挖四周。
3深基坑工程基坑支护结构选择
3.1支护结构的选型依据
人们通过对实践的总结，形成了适合于不同地质条件和基于基坑深度的合理价格的支护结构体系，支护结构选型主要包括围护墙选型和支撑体系的选择。围护墙主体的功能是承受土压力、地面荷载等侧向压力、止水，选型的依据主要有基坑周围环境、基坑深度与功能、土质情况、水文条件等。
3.2支护的选型
基坑深度小于10m时，水泥土搅拌桩和土钉墙是支护的主要形式。基坑深度大，周围环境保护要求高的基坑支护可选择地下连续墙、SMW工法连续墙。新型支护形式有闭合挡土拱圈、连拱式支护结构等。水泥土搅拌桩是重力式挡土墙，靠本身的重力抵抗侧向力从而保持稳定，应用广泛，有实体式、空腹式、格构式、拱形。土钉墙工程造价低，工程量小，施工简便，结构轻，柔性好。由细长杆件、钢筋网、混凝土、原有土体形成复合土体。利用复合土体的自稳完成支护目的，但其土层变形和沉降不易进行控制。地下连续墙刚度大，结构和周围土体变形小，有公认的优越性，但造价高，用作支护结构同时又用作地下结构的外墙则可以减少成本，采用逆作法施工，可省去支护结构，降低造价，缩短工期。地下连续墙的逆作法施工符合两墙合一地使用要求，指地下连续墙既作为支护结构，又是地下主体结构的一部分。
即围护结构墙与地下室外墙合一，充分发挥地下连续墙承载作用。
3.3支撑选型
为控制围护墙变形情况，深基坑需要设置支撑。支撑分为内支撑和外拉锚，软土质采用内支撑，土质较好的地区二者都可。内支撑包括围檩、支撑和立柱。支撑可以由钢或者混凝土形成，钢支撑可循环利用，拆装简便，但形状复杂。混凝土支撑布置形式灵活，刚度大，但工程结束后拆除后即废弃，成本较高。支撑平面布置由基坑形状尺寸、施工方法、基坑深度确定，有角撑、对撑、边桁架、边框架等不同形式。
4深基坑工程施工方法
4.1逆作法
逆作法指地上地下同步施工，利用先前施工形成的地下连续墙和中间支承柱作为支护结构，从地面逐层下挖，上层楼板为下层支撑，逐层交替开挖与浇筑楼板结构，同时逐层向上建造，地上地下同时施工。可增强结构刚度，节省材料，缩短工期，降低造价，以首层楼板为施工平台，节省施工空间，是施工方法发展的方向。逆作法施工目前已应用于地下商场、地下车库、隧道等建筑物的施工中。
4.2冻结法
冻结法施工，利用土层中的水结冰后天然土会变成冻土的原理，冻土的强度和稳定性会得到大幅度提高，形成冻土墙，可以承受水土压力和各种荷载，发挥支护结构的作用。冻结技术用于基坑工程的可行性取决于地质条件和水文条件，水质水温是决定冻结法费用的重要因素，此外，冻结产生的膨胀可能会使土体产生位移。
4.3SMW工法
SMW工法是在水泥搅拌桩体内加入型钢，形成支护结构墙体，这样的支护结构中型钢受力，水泥土止水，适应性强，但因型钢造价较高，没有大范围使用。
5深基坑施工安全监测
因为支护防护是临时性工程，其安全储备较小，又由于基坑开挖过程的复杂性和不确定性，在施工过程中应进行监测，监测可指导施工的进行，并积累数据资料，为以后的工程和研究服务。基坑监测的内容包括基坑支护结构的位移和内力，基坑土体坑顶或坡顶水平及竖向位移、坑底隆起、土压力、地下水位、孔隙水压力，坑外土体地表沉降及水平位移、地表裂缝，周围环境中建筑的沉降、倾斜、水平位移、开裂及周围环境中的管线变形。工程监测须采取严格的质量管理措施，编制监测方案，支护结构在侧面荷载作用下会产生变形，可能导致周围土体产生水平位移和垂直位移，当位移超过限定值时，会对周围环境产生破坏性影响，因此要设置报警值，当内力、变形达到报警值时，要及时示警并采取措施，防止事故发生。
6深基坑工程设计优化
6.1系统优化
系统优化，即是对深基坑工程建设方案的选择进行优化，根据深基坑工程的实际情况，因地制宜地选择不同具体分支的优化组合形成最佳方案。
6.2设计计算优化和结构优化
设计计算优化是以降低造价为目标的对具体方案的优化计算。传统结构设计计算经常只证实了方案可行性，但由于时间不够充裕、计算量过大等因素限制了对方案进行的优化，结构优化设计是在可能的结构方案中，利用数学方法和计算机计算能力，计算出若干个设计方案，选出最优方案。
6.3动态分析优化
在经典的深基坑工程设计中，是以一些固定参数作为依据进行设计制造的，但实际施工中，因为支护结构的建立以及周围土质变形等，会使原先设定的结构应力等数据发生变化，因此传统的深基坑工程设计方法往往会与实际情况产生一定偏差，近年来，深基坑设计已经开始采用动态设计的思路，可以在施工中对参数进行监测，完善设计。
结束语
在深基坑工程设计中，要根据实际情况选用合适的开挖方式、支护方式、施工方式，在施工中进行监测，对原始设计进行优化。
参考文献
[1]杨海林.建筑深基坑支护优化设计研究及应用[D].北京：中国地质大学（北京），2013.
[2]白洪潮.深基坑支护技术方案的选择及其优化设计[D].荆州：长江大学，2012.