排樁內支撐支護結構優化設計方法研究

【摘 要】優化排樁內支撐支護結構的設計，可以使施工單位在環境較為復雜條件下，提高施工的質量，還可以降低基坑工程事故的發生率。本文對排樁內支撐支護結構優化設計方法進行探討與研究，在設計的過程中還需要參考施工現場的水文條件以及地質條件，了解優化設計的方法，可以更好的掌握支護體系的設計難點以及技術要領。本文根據真實的工程案例，分析了優化支撐支護結構的好處，希望對提高建筑施工的質量有所幫助。

【關鍵詞】排樁；內支撐；支護結構；基坑；優化設計；方法

排樁內支撐支護結構是建筑工程中一項重要的結構，其在深基坑工程項目中應用比較廣泛，而且可以有效提高基坑施工的質量。我國的建筑行業發展很快，由于人口的基數比較大，所以對住房的需求也比較大，為了緩解住房壓力，提高土地的利用面積，建筑單位也在不斷的優化結構設計，大力開發地下空間資源。所以，城市中的高層建筑以及地下建筑越來越多，這類建筑對地基施工質量的要求比較高，在深基坑環境中，施工的難度很大，而且容易出現安全事故，利用排樁內支撐支護結構，可以有效的解決這一問題，下面筆者對排樁內支撐支護結構優化設計方法進行了研究，以供參考。

1.工程實例

某高層建筑，地上為30層，地下是4層，高99.7m，層高是3.9-5.1m左右。該建筑施工場地的自然地坪高-0.25m，平面的尺寸是66m*45m，基坑東側多為2層，7層磚混結構，距用地紅線最近約為5.0m?；幽蟼群臀鱾染鶠榇u混建筑結構，基坑北側主要為道路和市政管線，用地紅線距道路紅線最近約為15.4m。

2.工程的水文地質條件

水文地質條件是工程施工前必須了解與掌握的內容，其對施工質量以及施工效率有著較大的影響，所以，施工單位在設計施工方案時，必須對施工場地周圍的自然條件以及地質進行勘測。了解工程的水文地質條件，可以提高工程設計的質量，還可以保證工程按期完成，避免因為外界自然因素等問題，拖延施工的工期。勘測的主要內容主要有：查看施工現場是否存現地下水、當地的自然災害問題、地質條件等等?？睖y人員要利用專業的設備，對施工現場地下水的活動情況進行研究，要確保地下水對工程項目的施工不造成較大影響，才能進行動工。本文的工程實例中，施工現場地勢比較平坦，其土質條件良好，在挖設基坑時發現該地區土地構成主要是：粉砂、粘土、粗砂、角礫等。該基地的土質條件屬于強風化巖層，地下水的主要來源是降雨，水位的范圍是2.8-3.2m左右。

了解工程的水文條件后，對設計人員制定基坑支護結構體系有很大的幫助，而且還能降低支護的成本，保證工程安全、高效的完成，施工單位還可以利用當地的自然條件，避免出現破壞當地生態環境的問題。另外，設計人員還需要充分考慮施工現場的條件，計劃工程開挖基坑的深度、面積以及大小，這些內容都需要結合當地的水文條件進行確定。本文的工程案例，經過研究比較適合排樁內支撐支護結構體系，當地的地下水對其沒有太大的影響，下面筆者結合實例對排樁內支撐支護結構優化設計方法進行簡單的研究。

3.排樁內支撐支護結構的優化設計方法

排樁內支撐支護體系是一種復雜的結構，其主要是由排樁體系以及內支撐體系共同構成，在研究這種結構優化設計時，可以將二者看做是一個整體。排樁與內支撐在建筑結構中具有相輔相成的作用，如果將這兩種體系分開設計與研究，則可能降低這兩種體系的效用，而且還會降低建筑結構的穩定性。另外，對設計排樁與內支撐的具體內容時，需要考慮工程的實際情況以及設計要求，而且會利用到不同的公式，但是在設計建筑結構時，可以將二者有效的結合在一起，提高建筑的整體性。

本文中采用的是平面整體分析的方法，即將支撐桿件、腰梁作為一個整體，視為一個平面體系，設置若干支座，借助大型有限元分析軟件SAP2000進行分析，得出支撐體系的內力與變形，最終設計出各構件的截面。利用SAP2000對內支撐體系進行優化設計，大體上分為以下幾步：第一，定義軸網類型。第二，定義材料屬性和截面。本文研究的內支撐為現澆鋼筋混凝土支撐，支撐截面均為矩形。第三，繪制構件。將每一層支撐看作一個平面桁架，選用線單元來模擬這一桁架。第四，指定節點約束。分不同工況對該平面桁架施加約束。第五，荷載工況。在內支撐計算中考慮靜力荷載工況。第六，分析工況。根據不同的節點約束，分不同工況對模型進行分析，得出不同工況下內支撐的內力，包括彎矩，剪力和軸向力。

4.A—A剖面結構設計計算

4.1排樁體系設計計算

根據前面提出的排樁內支撐體系的結構優化設計方法，以基坑東側A—A剖面為例，對排樁體系進行結構計算。并考慮工況，分段采用等值梁法對排樁內力和各道支撐力進行了計算，按各工況求得的墻上彎矩作出彎矩包絡圖，對排樁配筋進行計算，按求得的支撐力設計各道支撐和圍檁。

4.2內支撐體系的設計計算

內支撐系統由四道平面支撐和立柱組成。每道支撐包括環梁、腰梁和支撐桿。不同地質剖面計算求出的支撐系統需要提供的支護抗力是不同的，設計支撐系統時按所需最大支護抗力計算，第一，二道取N=353kN/m，第三，四道取N=571kN/m，支護抗力較小側將由基坑外側的被動土壓力平衡。

根據約束條件的不同，分四種不同支撐條件對支撐體系進行分析： X向兩鉸：即沿X方向在環梁的兩端設置固定支座；兩鄰邊固定，將支撐體系的南側與西側的支座設置為固定支座；兩鄰邊固定：將支撐體系的北側與東側的支座設置為固定支座；全鉸：將環梁的約束全部設置為固定支座。

通過對計算結果分析比較得出：在X向雙鉸的支撐條件下，環梁的彎矩最大，支撐桿件的軸力最大；在將支撐體系的南側與西側的支座設置為固定支座的支撐條件下，腰梁的彎矩最大。在內支撐體系中，支撐桿件和環梁是主要的控制構件，因此考慮選用第一種支撐條件下各構件的最不利內力組合來對各構件進行截面和配筋計算。

5.結語

排樁與內支撐是建筑支護結構中兩種不同的體系，在設計時二者需要利用不同的計算公式以及軟件計算出具體的參數，為了保證建筑結構的穩定性，需要將排樁體系以及內支撐體系有效的結合在一起。在設計建筑基坑支護施工方案時，需要考慮工程的水文地質條件，外界自然因素對工程質量與施工效率有著較大的影響，如果不對施工現場的地質條件以及地下水等條件進行勘測，可能會延誤工程的進度，還可能影響基坑的質量。在優化排樁內支撐支護結構設計時，要以經濟、環保、安全為原則，還要利用專業的計算軟件與公式，這樣才能設計出最優的方案。 [科]

【參考文獻】

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