李雁鳴

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

摘要：本文結(jié)合筆者理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用，以有限元計(jì)算模式為論點(diǎn)實(shí)施了深基坑支護(hù)體系計(jì)算，以實(shí)際案例論述了具體應(yīng)用過(guò)程，意于設(shè)計(jì)出安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、便于施工的深基坑支護(hù)體系，具有一定的應(yīng)用價(jià)值，盼為行業(yè)間形成技術(shù)交流。

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

1.深基坑支護(hù)體系計(jì)算理論分析（有限元分析原理）

深基坑支護(hù)體系常用的設(shè)計(jì)理論有極限平衡、彈性抗力以及有限元分析等方法，且支護(hù)形式多樣，基于現(xiàn)實(shí)的考慮，本文以有限元分析法為重點(diǎn)實(shí)施理論分析與計(jì)算。

1.1本構(gòu)關(guān)系。土工計(jì)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(diǎn)，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(jiǎn)單，易于初始應(yīng)力狀態(tài)的考慮和確定計(jì)算參數(shù)，并可直接參考與使用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)規(guī)程，因此，本文以非線性彈性模型為論述對(duì)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(guò)試驗(yàn)獲取。

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

（1-2）

其中，Kur、n→常數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)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(duì)于接觸面的張裂與滑動(dòng)可以實(shí)施很好的模擬，但為避免受壓時(shí)兩種材料重疊，計(jì)算時(shí)需對(duì)法向剛度系數(shù)取值很大，同時(shí)也就會(huì)給計(jì)算結(jié)果（尤其是應(yīng)力）造成不可避免的誤差。而Desai對(duì)于薄四邊形單元的提出，則對(duì)這一缺陷做到了很好的避免，其不僅實(shí)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(duì)于接觸面變形的數(shù)學(xué)模型平面問(wèn)題分析中分別涉及三個(gè)應(yīng)變分量與應(yīng)力分量。對(duì)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(dòng)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(diǎn)處呈剛塑性變形，無(wú)相對(duì)位移發(fā)生于破壞前，但是一旦發(fā)生破壞（錯(cuò)動(dòng)或張裂），相對(duì)位移則會(huì)持續(xù)發(fā)展，由下式1-4表示。

（1-4）

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

2.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1個(gè)案介紹。某地下室工程3層結(jié)構(gòu)，基坑開(kāi)挖長(zhǎng)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(kāi)挖深度較深，支護(hù)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(jì)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(wèn)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(hù)常用形式，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)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(yùn)速度的促進(jìn)而降低施工成本，同時(shí)對(duì)于周邊場(chǎng)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(hù)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(hù)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(hù)的要求，又能保證支護(hù)樁變形在控制范圍之內(nèi)，防止靠近基坑房屋因基坑開(kāi)挖而開(kāi)裂或沉降。

2.2.2方案優(yōu)化選擇。本工程基坑開(kāi)挖較深，周圍環(huán)境復(fù)雜，安全可靠度是首要設(shè)計(jì)因素，同時(shí)，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(diǎn)，為了加快施工進(jìn)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(duì)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(duì)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(duì)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(yǔ)：基于以上論述，二、三號(hào)支撐方案在整體性能上優(yōu)越于一號(hào)支撐方案，但在相比之下，三號(hào)支撐方案對(duì)能于支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移與施工工期更好控制，其實(shí)施效果更優(yōu)，施工效率更快，是為最優(yōu)選擇。

參考文獻(xiàn)

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