半逆作法主體結構與支護結構結合的結構設計

何 亮

(太原市建筑設計研究院，山西太原 030002)

0 引言

隨著商業、交通、人防等方面的需求對城市地下空間開發利用的影響，近幾年地下建(構)筑工程和基坑工程在數量、規模、深度上都有了迅猛的發展。各種全新支護方式的迅速推廣運用，在很大程度上解決了基坑工程實施過程中施工場地狹小、臨近建筑環境復雜、土方量大、降水控制嚴格諸方面的問題。

1 半逆作法基坑工程及其發展

這里是指兼作(臨時或永久)支護結構的主體結構構件在滿足巖土設計和結構設計的要求下，先行實施豎向結構，依照自上而下的施工順序完成豎向結構與各結構層水平結構的連接，并以此形成安全有效的支撐體系的基坑工程。

2008年以來，地下超過三層，深度大于16 m的多個深基坑工程在太原市的交通和商業繁華地區陸續展開。針對基坑工程的一次性投入成本較高，而使用期相對主體工程較短的特點，建設單位與設計、施工單位經過多方面的調研，開始在本地實施主體結構與支護結構共同作用半逆作法施工的基坑工程。經過近五年的實際操作，在設計、工法、土方清運等方面積累了很多當地經驗，設計施工節點得到了進一步的優化，取得了良好的社會和經濟效益。

2 主體結構和支護結構相結合的幾種方式

第一種:外圍護支擋結構與主體結構外墻相結合。這里的外圍護支擋結構系指地下連續墻。通過單一墻、疊合墻和復合墻的方式完成“兩墻合一”或“三墻合一”的效果。

第二種:(部分或全部)支護立柱樁與主體框架柱相結合。系指在基坑實施過程中，根據支護設計需要，利用(部分或全部)支撐立柱樁完成基坑支護需求，在支護任務完成后，通過外包疊合、局部拆除的方式完成向主體結構柱的轉變。

第三種:水平支撐構件(支撐梁)與主體結構水平梁系相結合。系指通過寬扁梁、現澆混凝土空心樓蓋、加厚水平樓板等方式提高水平支撐的抗彎、抗剪承載力，并依據現行主體結構設計要求滿足主體工程使用階段的設計要求。

基坑工程實施過程多以其中幾種或全部組合的方式進行。

3 工程水文地質條件和外圍超載對結構體系的影響

在主體結構設計時，原則上只考慮地下室外墻的最終擋土(水)墻的結構設計(外圍超載折算成主動土壓力參與設計計算)。而對于前述第一種“兩(三)墻合一”的結合方式，其所受土(水)側壓力的范圍、大小、影響深度受施工工況的直接影響，與主體結構設計(以基礎和各結構層為水平支座擋土水壓力的連續梁板設計)在設計內容上有較大的區別。JGJ 120-2012應依據建筑基坑工程技術規程進行整體計算分析，并與主體設計結果協同考慮。

1)在基坑施工過程中，前述第一種結構經歷了從懸臂式到有支撐式的變化過程，各階段應滿足對應施工工況的施工設計和受力構造的要求。需完成對應工況下的支護結構內力、變形設計計算和整體穩定、抗傾覆穩定等驗算。

2)對于前述三種組合實施的情形還應考慮組合支護結構間的內力分配設計計算。

3)對于基坑外圍護結構的沉降對主體結構的影響應充分考慮:在滿足嵌固和止水的前提下按照板樁的設計方法計算沉降，使之與主體結構沉降協調，在不滿足協調的情況下應采取變換支撐連接的形式減少差異沉降。

4)對于前述第三種結構在主體結構設計計算時，由于既有的結構設計計算輔助設計軟件多數不考慮主體水平構件的軸向力作用，因此應采用專門的整體分析的基坑設計軟件設計并將兩者結果進行包絡。

5)由于前述第二種結構在主體結構設計計算時考慮的節點連接為固定支座，因此一般情況下其內力和配筋結果均遠大于支護立柱樁的計算結果。但仍需依據基坑整體變形分析的結果和基本設計假定對設計結果進行判別和包絡以確定支護立柱樁向主體結構柱的轉換方式。

6)對于有嚴格抗震要求的第三種結構，尚應滿足強柱弱梁等抗震設計的先期考慮。利用支撐梁和框架梁的水平并聯組合完成支護實施階段，其后通過局部破拆的方式恢復主體結構設計意圖。

4 施工荷載對結構體系的影響

這里所說的施工荷載是指除外圍施工超載外的，直接或間接作用于這種結構體系的荷載，如垂直運輸機械、水平運輸機械、臨時作用于這種結構體系上的施工加工場所和土方堆置場所。

施工荷載應在基坑實施過程中予以足夠重視。對經過與上述第三項組合設計計算，不能滿足結構體系承載能力的荷載分布和作用區域應明確提出施工限載和禁止堆放的設計指示。對于無法避免的臨時堆載亦可通過轉換路基箱將其直接作用于立柱。

對于施工過程中由于分段流水施工和季節、大體積混凝土等因素留設施工縫引起的設計驗算應給予重視。

5 設計構造對支護結構的影響

以下幾類結合部位應進行補充結構設計:

1)對于主體結構與支護結構設計支座不同的部位，如結構后置正作梁上柱(即存在于兩支護立柱樁間的主體結構柱，采用正作法施工，需預先在支撐梁上按照抗震設計要求留設柱筋且澆筑部分混凝土)、結構后作次梁樓板體系、立柱樁預留與水平支撐體系的連接裝置等。應對節點處產生的集中力進行驗算并采取加強措施。這些部位的預留鋼筋連接方式和位置尚應滿足抗震設計和鋼筋機械連接設計的要求。

2)對于地下連續墻的槽段剛性連接處，應按照抗滲、和實際支擋受力狀態、混凝土澆筑壓力的強度剛度要求進行設計計算和驗算。

3)對于因使用功能(如防水節點、設備用房預留洞口等)造成的支護截面損失的設計加固計算，應采取有效加強措施。

6 施工偏差對結構體系的影響

由于主體結構和支護結構相結合，預先實施的地下連續墻和支護立柱樁有時不能滿足主體結構對構件偏差的要求，有時因為場地地質條件的局限個別構件不得不移位施工，由此產生的對結構體系的影響應按實際結構布置尺寸進行局部甚至是全部的結構設計復核。同時此項內容也適用于基坑工程的搶險設計中。

綜上所述，半逆作法基坑工程中主體結構與支護結構相結合的結構設計不僅僅需要有結構設計的專門設計經驗和手段，尚需對巖土工程設計有深入的認識和掌握。而這種設計亦最好由專門的一體化設計單位來完成。

［1］ 何 亮，侯國彬，豐紅彥.太原親賢北街梅園中心停車庫基坑支護設計［M］.北京:中國建筑工業出版社，2001.

［2］ JGJ 120-2012，建筑基坑支護技術規程［S］.

［3］ JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范［S］.

［4］ DG/TJ 08-61-2010，基坑工程技術規范［S］.

［5］ JGJ 165-2010，地下建筑工程逆作法技術規程［S］.