深基坑支護結構的實用計算方法及其應用分析

張敏燕（中國建筑材料工業地質勘查中心浙江總隊，浙江 杭州 310022）

由于深基坑支護的特殊性，在實際施工管理中，受到計算方法不合理的影響，會降低工程質量。因此，施工單位應結合工程項目特點，對深基坑支護工程進行研究，并結合工程項目的基本需求，選擇實用性的計算方法，在保證工程質量的同時提高深基坑支護的整體質量。

1 深基坑支護結構

結合深基坑支護工程的基本特點，其作為一種特殊性的工程形式，存在著復雜性、可變性的特點，通過支護結構及支護方案的落實，可以穩步提高工程強度，保證工程項目的正常進行。通常情況下，深基坑支護結構的種類包括：第一，深層攪拌水泥擋土技術。對于這種支護結構，需要將土和水泥進行拌合處理，之后根據工程項目的特點，形成具有一定強度的擋墻，在開挖深度達到3m～6m時，進行支護管理。這種支護結構較為適合軟土環境，施工噪音小，結構止水性強。第二，鋼板樁。鋼板樁具有一定的可靠性及耐久性，在支檔施工結束之后，可以通過回收及重復利用的方法，提高深基坑施工的穩定性，逐步縮短工期。但是，鋼板樁施工的噪音較大，容易引發土體移動的問題。第三，鉆孔灌注樁擋墻。對于該種支護結構，樁徑直徑一般在600mm～1000mm的范圍，樁長在15m～30m之間，通過組合排列擋墻方式的設置，提高工程項目的穩定性。對于該種施工工藝，具有噪聲及振動小、剛度大的特點。第四，土釘墻。對于土釘墻工藝，其作為一種邊坡穩定的支護形式，將其運用在深基坑支護的情況下，可以提高工程項目的穩定性。

2 深基坑支護結構的實用計算方法

2.1 經典方法

結合深基坑支護結構的施工特點，經典方法主要包括靜力平衡法、Tergahi法以及彈性曲線法等。經典方法作為一種平衡性的理論基礎，需要將側向荷載作為研究對象，根據土壓力理論以及Tergahi-Peck表觀土壓力理論內容，將圍護結構作為一種豎向梁，提高支撐點及梁確定的精準性。但是，在深基坑支護結構施工中，由于技術的不斷創新，經典分析方法無法滿足一些建筑項目的施工需求，所以，施工單位要合理選擇基坑支護方案，以保證各項工序的正常進行。

2.2 彈性地基梁法

對于彈性地基梁法，作為一種改進型的計算模式，需要將土作用成為等效的彈力機制，之后通過支撐、錨桿技術的運用，提高支護結構的穩定性。結合工程項目的特點，在彈性土地基梁解法計算中，需要施工結構力學法、解析法等。為了提高計算的效果，彈性地基梁法對支撐受力及樁入土段的受力情況進行了簡化處理，在入土段受力情況分析中，需要對土壓力極限值進行分析，之后按照入土段的受力及變形情況確定支護工藝。在彈性地基梁法使用中，需要充分考慮深基坑的土體結構、支撐情況及錨桿情況，之后通過各項參數的研究及分析，穩步提升工程項目的質量。

2.3 增量法

增量法可以為基坑支護結構提供參數支持。施工單位在具體施工中，應該結合支護結構的特點分析荷載增量，并對增量產生的內力、結構原有內力等進行分析，之后通過施工過程的模擬分析，發揮增量法的技術優勢。而且，在多道內撐的支護體系設置中，應該仔細分析傳統技術施工中存在的問題，之后通過影響墻體穩定及墻體移動問題的分析，設置多道支撐基坑項目，保證項目的穩步進行。因此，在深基坑工程項目中，為了提高支護工程項目的整體質量，在實際的施工管理中，施工單位需要結合工程項目的特點，選擇適應性的支護結構計算方法，并結合項目的特點，設置施工方案，穩步提高工程質量，為深基坑支護管理提供參考。

3 工程概況

3.1 案例分析

某建筑工程總面積為76870m2，地上工程40層，地下4層。由于該工程項目位于市中心，施工場地相對狹小，在實際施工中，需要與市政道路及周圍建筑相鄰，所以應該做好工程支護，并按照基坑變形控制值確定支護方案，見表1[3]。

表1 基坑變形控制值

3.2 基坑支護結構的選型

根據工程項目的實際情況，由于地下室工程的特殊性，在實際施工中，為了保證工程項目的穩定性，應該將底板厚度設置為850mm。由于工程所在地的地下水位較高，為了保證支護的穩固性，需要采用排樁支護的方法，以便減少施工場地，保證施工環境的安全性。第一，排樁。深基坑支護中，為減少施工對周圍建筑的影響，應該采用鉆孔灌注樁的施工工藝，在樁基深度達到16.5m時，選擇樁徑為0.85m、樁間距為1.1m，樁身應該采用C30的混凝土。第二，錨桿。為了提高工程項目的質量，第一道錨桿應該設置在樁頂-1.0m的位置，錨桿長度為9.8m，傾斜度控制在40°；第二道錨桿應該設置在-6.7m位置，傾斜角為25°[4]。

4 深基坑支護結構的實用計算方法及其應用

4.1 深基坑支護結構的計算方法

在深基坑支護結構設計中，為提高工程項目的穩定性，應該選擇實用性的計算方法。施工單位可以利用深基坑設計軟件進行計算，結合工程項目的特點，分析基坑內力的分布、強度及水平位置，之后設置深基坑支護方案。

4.2 荷載設計技術

結合深基坑支護項目的特點，在荷載設計中，應該考慮土體壓力、水體壓力，地面活荷載要按照基坑周圍1m位置超過18kPa的荷載進行計算。

4.3 工況計算

在基坑計算中，應該結合不同的工程情況分析支護方法。例如，在完成分段鉆孔之后，應該進行鉆孔灌注樁及攪拌樁止水施工方法；在平整場地施工中，應該選擇土地開挖的技術形式；在完成冠梁施工的情況下，應該在混凝土強度達到75%時，需要進行第一道錨桿施工，穩步提高基坑施工的穩定性[5]。

4.4 擋土墻內力計算

擋土墻是深基坑支護的重要環節，擋土墻結構安全直接關系到深基坑的安全。尤其是其中內力計算非常關鍵，內力計算主要涉及三方面：首先，利用桿系有限元法對開挖面以上進行計算。按照豎向劃分的方式，分別從有限個彈性地基量單元以及二力桿單元角度出發，將擋土墻結構進行有效劃分，注意對節點連接位置進行標注；其次，利用撓曲微分方程計算開挖面以下位置，所有計算都必須以彈性地基梁為基礎，及時對擋土墻冪級數近似解進行求解；最后，利用靜力平衡方程對開挖面節點進行計算，結合擋土墻結構情況以及變形協調相關內容，計算過程中需要以迭代的方式得到最終的計算值。

擋土墻結構內力計算期間，開挖面以上計算難度不高，冪級數近似解是計算核心。撓曲微分計算方程如下：

式中，擋土墻結構材料作為重要條件，計算期間會涉及到其彈性模量與界面慣性矩，分別為E、I；擋土墻的開挖面以下豎向距離為z；水平位移為ω；土體抗力系數為C；擋土墻開挖面墻后壓力強度為p1。必須注意，擋土墻壓力強度不會因為豎向距離的變化而受到影響，因此需要將這一點在計算中排除。隨后對開挖面以下擋土墻長度條件進行確定：將l帶入到撓曲微分計算方程中，得到如下轉換：

隨即展開冪級數解，得到如下計算結果：

以同次冪計算期間和等于零的條件為前提，對計算公式進一步推算，得到如下形式：

因為擋土墻結構中，開挖面結構節點標注期間，上下擋土墻位移等分別由α0，α2，α4，α6等代表，所以設定計算架設為k≥9，系數代表為αk，符合擋土墻工程角度的計算要求，并且得到αk=此前計算項均與擋土墻精度要求相符。

根據上述計算公式，對擋土墻便捷條件進行推算，得到結果后，對計算過程適當簡化，由此計算出最終的冪級數近似解。

4.5 表觀土壓力理論

深基坑支護施工中，實用性計算還包括表觀土壓力問題研究。朗肯土壓力是當前深基坑支護中應用最廣泛的一種方法，此外庫倫土壓力也應用比較多。因為深基坑支護的各方面參數比較大，所以需要對表觀土壓力理論進行升級，此次選擇Terzaghi-Peck表觀土壓力理論。綜合深基坑工程實際測量情況，及時測量生成表觀土壓力圖。借助增量法，深層次對深基坑支護結構展開觀測，從表觀土壓力著手，確定支撐位置，隨后計算出支撐力與支撐間距，觀察壓力分布規律，得到支撐預應力，繼而推斷出深基坑表觀土壓力。

4.6 計算結果及分析

在基坑支護的內力及位移計算中，應該選擇彈性法及經典法的計算方法。通過計算，工程中的最大基坑彎矩分布為：基坑內側210.05kN·m、基坑外側203.30kN·m，這些參數滿足設計規范標準。

通過實用性計算方法的運用，可以保證深基坑結構的安全性。結合深基坑支護工程的項目特點，在實際的施工管理中，施工單位應該結合工程項目的特點，分析施工質量及施工安全。而且，在實用性支護項目中，施工單位要結合項目的特點，選擇適應性的工程技術，之后結合項目的需求，節約工程成本，為行業的運行及經濟化發展提供支持[6]。

5 結語

總之，在深基坑工程項目中，為了提高支護工程項目的整體質量，在實際的施工管理中，施工單位需要結合工程項目的特點，選擇適應性的支護結構計算方法，并結合項目的特點，設置計算方法的施工方案，穩步提高工程質量，為深基坑支護管理提供參考。在實用性計算方法選擇中，工程單位應該結合工程項目的特點，細化工程管理機制，通過基坑支護選型、支護方案的落實，保證各項工序的正常進行，充分滿足行業的穩步發展需求。