一、任务来源
本次研究依托山东省肿瘤防治研究院公共停车、连廊及科研教学用房建设项目，开展复杂水文地质条件下的深基坑支护永久化应用技术研究，与高校合作研究，结合工程现场实际工程情况，开展模型优化计算研究，对该基坑支护技术中支护桩永久化应用、整体稳定性、变形特点等进行分析研究，为深基坑支护永久化应用技术在基坑工程中应用提供有益的支持。
本课题主要开展了以下方面的研究工作：
1.调研一般桩锚支护永久化应用研究现状。
2.调研水文地质条件复杂的基坑支护体系研究现状。
3.基坑临时支护体系与永久化应用的对比研究，分析基坑中支护桩及锚杆受力特点、变形规律等，对比分析监测结果与计算结果。
本次研究完成的主要工作有对比计算分析、动态设计、监测数据对比分析；收集研究相关文献100余篇，利用理正深基坑软件进行计算工作。
二、应用领域和技术原理
1.应用领域
适用于深基坑永久支护工程。
2.技术原理
（1）深基坑永久支护体系计算原理
根据施工工况，永久支护结构荷载组合按照基本组合。根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012中规定：设计应满足承载力极限状态和正常使用极限状态。
1）承载能力极限状态，支护结构构件或链接因超过材料强度或过度变形的承载能力极限状态设计，应符合下式要求：
γ0Sd≤Rd Sd=γFSk
式中：γ0为支护结构重要性系数，取1.1；Sd为作用基本组合的效应（轴力、弯矩等）设计值，在抗震设防地区按作用的地震组合计算；Rd为结构构件的抗力设计值；γF为作用基本组合的综合分项系数，γF=1.35；Sk为作用基本组合的效应。
2）正常使用极限状态，由支护结构水平位移、基坑周边建筑物和地面沉降等控制的正常使用极限状态设计，应该符合下式要求：
Sd≤C
式中：Sd为荷载标准组合或准永久组合的作用效应（位移、沉降等）设计值；C为周边环境变形的限值或由其决定的支护结构的位移。
（2）深基坑永久支护主要工况分析
基坑支护桩锚索等构件施工完毕后，基坑开挖至基底，建筑地下部分基础底板，地下室楼板通过设置外伸支撑构件与支护结构连接，深基坑永久支护体系的换撑、拆撑过程是外伸支撑取代临时支护水平构件的过程，每一工况转换就是一层外伸支撑施工完成，其上、下相近的临时水平构件拆除。基坑开挖结束，伴随地下主体施工过程，在支挡构件上设置连梁，逐步将支护结构的临时水平构件如锚杆、内撑等通过外伸支撑代替，将挡土构件转化为永久支护结构。为了控制挡土构件在换撑时变形增大，外伸支撑需设置合适水平的预应力，预应力存在最佳比例，永久支护体系形成过程需计算比选后确定。
本项目运行过程中因水文地质条件变化，采用动态设计方法设置降水截水措施，保证了工程建设的顺利进行。
三、性能指标
本研究课题在理论分析与实践经验基础上，基于山东省肿瘤防治研究院公共停车、连廊及科研教学用房建设项目工程实例，通过开展进行对比计算、分析监测数据等方法，对复杂水文地质条件下深基坑永久支护体系进行分析研究。
根据建设单位提供的工程勘察报告、场地周边环境、破坏后果严重程度、基坑拟开挖深度及工程地质条件等综合因素确定，本基坑安全等级为一级，重要性系数为1.1。
本项目支护桩、冠梁与主体结构相结合，设计使用年限与主体使用年限一致，与主体结构相关的构件之间的结点连接、变形协调与防水构造由主体设计单位进行设计。
对基坑的桩顶水平位移、桩顶竖向位移、深层水平位移、锚索轴力、周边道路沉降监测、周边管线沉降监测、周边建筑物沉降监测、地下水位项目进行监测，监测结果小于规范规定预警值。
四、与国内同类技术比较
1.桩锚支护永久化应用研究
目前大量工程中的基坑围护结构往往作为临时辅助工程,在地下室施工完成并土方回填后仍然保留在地下。这些混凝土灌注桩及锚杆结构遗留在基坑周围的地层中,存在着资源浪费、地质污染、能耗高等问题。近年来对桩锚支护永久化应用技术国内外学者做了相关研究，涵盖设计、施工、监测等领域。
本次研究调查了国内同类相关技术的文献。目前国内将深基坑支护工程永久化使用在工民建、港口工、轨道交通工程中尚处于初步阶段，国内相关行业技术人员通过理论计算、二维或三维数值模拟计算等手段进行了相关工作。
对于“桩墙合一”围护结构的研究，对此结构的深入研究具体应用还很少，国内的相关文献和规范规程也没有明确的设计方法和理论计算方法,目前国内少量应用过该结构的相关研究,也因为地域差异在设计方法、理论研究方面表现出较大差别,“桩墙合一”结构的可行性和技术细节仍然有很大的成长与探索空间。
对于维护结构的永久化利用后，地下室外墙的设计可偏于经济性考虑，临时支护与永久支护需要相结合设计, 地下室外墙计算中考虑基坑支护桩的作用,能有效较少地下室外墙厚度及配筋。即通过一种支护结构来满足两种支护要求,这样既保证工程安全可靠,又经济合理。
国内相关研究较好的分析了基坑支护永久化的理论研究和实践应用，为本课题研究提供一定的技术支持。但针对桩锚支护永久化的具体计算和空间优化利用情况有待于进一步研究。
2.复杂水文地质条件下的基坑支护技术研究
水文地质条件是制约基坑支护和地下空间建设的关键因素之一，本项目临近河道，场区地层存在透水层，受雨季影响水力联系较强，针对此因素相关研究调查如下。
国内相关技术人员分析对于砂卵石地层中深基坑降水方法,基坑支护结构变形、内支撑轴力以及地表沉降的变化规律,揭示砂卵石地层深基坑开挖在不同阶段支护结构地表沉降的变形特征,构建基于粒子群算法、遗传算法和最小二乘支持向量机相结合的基坑变形预测模型,并由实际工程监测数据对预测结果进行了验证。
采用数值模拟方法模拟基坑降水开挖的全过程可对基坑变形的主要形式和稳定性进行分析。
有文献表明在临河基坑的分析中同时考虑地基处理桩与基坑支护桩"永临结合"、共同抗滑的设计方案。对比分析基坑监测数据和数值计算，分析了传统桩锚支护及管井降水方法下倾斜和水平互层条件下地下水渗流、周边地表位移规律的差异。
国内相关研究虽然从不同角度研究了临河基坑对支护体系的影响，但存在研究内容不够完善或未考虑深基坑支护永久化应用等问题，故此课题需进一步深入研究。
五、成果的创造性、先进性
本次研究主要创新点如下：
1.本项目基坑支护体系从临时体系转变为永久支护，推动了基坑支护永久化应用设计理论的进步。
2.通过永久支护手段本项目基坑肥槽部分永久化利用，该区域创新性的设置为管道利用空间。
3.本项目在实施过程中根据周边复杂水文条件的变化进行了动态设计。
六、作用意义
1.深基坑永久支护体系：近年来围绕国家低碳环保政策的推广，在工程建设领域中落实“双碳”目标，在省级重点项目中注重科研与实效。我单位在深基坑支护方面集中力量努力攻关、探索技术突破与创新。基坑支护工程是为地下结构顺利施工和保证周边环境安全而服务，近年来城市地下空间建设项目不断增多，基坑深度也不断增大，基坑支护结构相关要求不断提升。但基坑支护结构一般视为临时性，在主体施工完毕后基坑肥槽回填，基坑临时支护结构失去使用价值，这就造成了资源浪费和环境污染，不符合当前低碳环保的发展路线。
2.复杂水文地质条件下的基坑支护体系：在水文条件复杂场地，基坑支护的风险进一步加大，对支护构件施工质量控制的要求更高。因此，开展复杂水文地质条件下的深基坑永久支护体系应用技术研究具有一定的前瞻性和重要的实践指导意义。

本项目技术成果属于深基坑工程领域，可广泛推广应用于各相关工程。
对于一般地质条件及复杂水文地质条件的区域、用地空间要求严格的项目、对于深基坑永久支护有需求的项目都可适用。本工艺技术很好的解决了此类问题，符合国家低碳环保政策的推广要求，有利于促进节能减排、助力实现“双碳”目标，在当前形势下该技术有较好的应用前景。
深基坑支护永久化应用需要从项目立项开始谋划，传统的项目运行路线中基坑支护是为地下结构施工服务，该部分在基坑回填后基坑支护构件便失去使用价值。由此深基坑永久支护体系的研究和推广仍有很长一段路要走。
将深基坑永久支护纳入到工程建设全过程技术咨询服务体系中，需根据不同条件设计细化永久化应用模型，最终实现设计意图。