李雁鳴

（廣東省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊，廣東 韶關(guān) 512029）

摘要：本文結(jié)合筆者理論學(xué)習(xí)與實踐經(jīng)驗的應(yīng)用，以有限元計算模式為論點實施了深基坑支護體系計算，以實際案例論述了具體應(yīng)用過程，意于設(shè)計出安全可靠、經(jīng)濟合理、便于施工的深基坑支護體系，具有一定的應(yīng)用價值，盼為行業(yè)間形成技術(shù)交流。

關(guān)鍵詞：深基坑支護；結(jié)構(gòu)設(shè)計；體系計算

1.深基坑支護體系計算理論分析（有限元分析原理）

深基坑支護體系常用的設(shè)計理論有極限平衡、彈性抗力以及有限元分析等方法，且支護形式多樣，基于現(xiàn)實的考慮，本文以有限元分析法為重點實施理論分析與計算。

1.1本構(gòu)關(guān)系。土工計算一般以非線性彈性模型與彈塑性模型最為常用，二者在具體應(yīng)用上各有優(yōu)缺點，但均可反映出土的非線性應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的特征。相比而言，非線性彈性模型更加簡單，易于初始應(yīng)力狀態(tài)的考慮和確定計算參數(shù)，并可直接參考與使用現(xiàn)場試驗規(guī)程，因此，本文以非線性彈性模型為論述對象。

以該模型理論分析，土的彈性模量（E）與泊松比（V）在不同應(yīng)力階段具有不同的數(shù)值，其應(yīng)力函數(shù)表示如下式1-1。

（1-1）

其中：Et→切線模量；Ei→初始切線模量；Rf→破壞比，一般土為0.75～0.95；C→土的內(nèi)聚力；h→土的內(nèi)摩擦角；e1、e3→分別為最大、最小主應(yīng)力；Pa→參考大氣壓力；Kt→切線體積模量；Ki、Kb、n、m→常數(shù)，通過試驗獲取。

上述Et是為加載情況下，當(dāng)卸載二次加荷時，彈性模量可表示為下式1-2：

（1-2）

其中，Kur、n→常數(shù)，通過試驗獲取。

1.2接觸面性狀模擬。接觸面單元主要包含接觸摩擦型單元與層狀材料單元兩種材料模型，其中以Goodman接觸摩擦型單元應(yīng)用最為廣泛，其不僅概念清楚，而且對于接觸面的張裂與滑動可以實施很好的模擬，但為避免受壓時兩種材料重疊，計算時需對法向剛度系數(shù)取值很大，同時也就會給計算結(jié)果（尤其是應(yīng)力）造成不可避免的誤差。而Desai對于薄四邊形單元的提出，則對這一缺陷做到了很好的避免，其不僅實現(xiàn)了切向與法向變形的良好反映，而且有效傳遞了應(yīng)力。與普通單元一樣，Desai單元對于接觸面變形的數(shù)學(xué)模型平面問題分析中分別涉及三個應(yīng)變分量與應(yīng)力分量。對于在有厚度接觸單元范圍內(nèi)的接觸面與其附近土體而言，其變形可分為土體基本變形{Δε1}（類同于一般土體單元變形）與破壞變形（接觸破壞{Δε2}與滑動破壞），二者向量疊加即為總變形，表示于下式1-3。

（1-3）

與土體其它單元一樣，基本變形所采用的本構(gòu)關(guān)系不再重復(fù)應(yīng)變與應(yīng)力關(guān)系，破壞變形在接觸面一點處呈剛塑性變形，無相對位移發(fā)生于破壞前，但是一旦發(fā)生破壞（錯動或張裂），相對位移則會持續(xù)發(fā)展，由下式1-4表示。

（1-4）

在支護結(jié)構(gòu)的約束與保護下，接觸面上的正應(yīng)變量實際不會破壞（=0），因此取矩陣相應(yīng)元素為零。

2.深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用

2.1個案介紹。某地下室工程3層結(jié)構(gòu)，基坑開挖長312m，寬95m，深12m，其地質(zhì)情況主要為人工填土（埋深1～4m）、殘積層（埋深4～13m）以及基巖（埋深14～21m），其以內(nèi)夾方解石脈粉質(zhì)泥巖巖性為主，地下水埋深1.0～1.4m。

2.2方案的選擇。本工程基坑由于開挖深度較深，支護墻體水平位移較大，且地下水位較高，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵除為支撐類型與支撐形式的選擇外，還需考慮止水問題，故此需加設(shè)一道止水帷幕。

2.2.1方案初選。一般情況下，鋼筋混凝土支撐體系為深基坑支護常用形式，其應(yīng)用優(yōu)勢明顯，主要表現(xiàn)在：不僅可將混凝土變形小與剛度大等特征充分表現(xiàn)，而且因挖運速度的促進而降低施工成本，同時對于周邊場地要求較小。因此，本工程以加設(shè)二道鋼筋混凝土內(nèi)支撐為深基坑支護的初選方案。

方案一：采用鋼筋混凝土內(nèi)支撐。 第一道鋼筋混凝土支撐的對撐梁以及角撐梁截面均為500×700（mm），聯(lián)系梁及八字撐均為 400×600（mm）。第二道鋼筋混凝土支撐的對撐梁以及角撐梁截面為600×800（mm），聯(lián)系梁及八字撐均為400×600（mm）， 第一、二道鋼筋混凝土內(nèi)支撐形式。

方案二：采用鋼筋混凝土支撐。 第一道內(nèi)支撐與第二、三道內(nèi)支撐均為鋼筋混凝土內(nèi)支撐。第一、二道鋼筋混凝土支撐的對撐梁以及角撐梁截面均為 500×700（mm），聯(lián)系梁及八字撐均為400×600（mm）。第三道鋼筋混凝土支撐的對撐梁以及角撐梁截面為600×800（mm），內(nèi)支撐聯(lián)系梁、八字撐均為400×600（mm）。

設(shè)置二道支撐，支護樁內(nèi)力與變形較大，因而局部設(shè)置三道支撐，既可滿足該基坑支護的要求，又能保證支護樁變形在控制范圍之內(nèi)，防止靠近基坑房屋因基坑開挖而開裂或沉降。

2.2.2方案優(yōu)化選擇。本工程基坑開挖較深，周圍環(huán)境復(fù)雜，安全可靠度是首要設(shè)計因素，同時，必須考慮施工工期。相比之下，鋼支撐具有縮短施工工期的特點，為了加快施工進度，考慮第一道支撐采用鋼結(jié)構(gòu)支撐。

方案三如下：局部采用鋼管支撐，其余采用鋼筋混凝土支撐，第一道內(nèi)支撐為鋼支撐，第二、三道為鋼筋混凝土內(nèi)支撐。第一道鋼結(jié)構(gòu)對撐梁截面為2～610×12，聯(lián)系梁、八字撐均為單根工字鋼I25b。第二道鋼筋混凝土支撐的對撐梁以及角撐梁截面均為500×700（mm），聯(lián)系梁及八字撐均為400×600（mm）。第三道鋼筋混凝土支撐的對撐梁和角撐梁均采用鋼筋混凝土截面600×800（mm），內(nèi)支撐聯(lián)系梁、八字撐均為400×600（mm）。

結(jié)語：基于以上論述，二、三號支撐方案在整體性能上優(yōu)越于一號支撐方案，但在相比之下，三號支撐方案對能于支護結(jié)構(gòu)的位移與施工工期更好控制，其實施效果更優(yōu)，施工效率更快，是為最優(yōu)選擇。

參考文獻

[1]單虹，深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計探討[J].城市建設(shè)理論研究，2012，12.

[2]顧翔.深基坑工程監(jiān)測工作及支護施工的常見問題[J].科技風(fēng)，2011（02）.