不同基坑支護設計軟件內力計算結果對比研究

摘要：為對比分析理正深基坑與天漢基坑設計軟件的內力計算結果，以武漢臨空區基坑工程典型剖面為例，采用兩種軟件在同條件下進行計算，對得到的主要內力結果進行對比分析，并以相應結果的比值作為變量進行統計分析。對比分析結果表明，同條件下理正深基坑計算得到的主要內力值與天漢基坑相比較大，且其比值在一定范圍內波動，實際工作中可采用兩種軟件計算結果對比驗證，研究成果可為巖土工程設計計算提供經驗參考。

關鍵詞：理正深基坑；天漢基坑；內力計算；計算結果對比；統計分析

0" "概述

隨著地下資源的開發利用增速，隨之而來的是深基坑支護問題日漸受到重視。深基坑現場條件的復雜性以及地質條件的不均一性，造成基坑支護結構設計更加復雜，為此選取合適的計算模型和適當的參數，對計算結果的準確合理性至關重要。

當前國內基坑支護設計軟件眾多，比較主流的基坑支護設計軟件包括理正深基坑[1]，以及地區性的一些軟件，如GEO5巖土設計和分析軟件（南京地區）、巖土工程設計軟件CABRGEO（建研院地基所）一級Midas GTS（韓國引進）[2]等。當基坑復雜時，也時常用到Ansys、Plaxis、Flac等有限元軟件進行數值模擬分析[3]。本文以武漢市某建筑基坑工程項目為案例，根據該項目的地勘參數和基坑支護設計圖紙，采用了不同基坑支護設計軟件分別進行計算，并對計算結果進行對比分析研究，再結合該項目的現場實測的資料綜合分析，可為類似基坑支護設計工作提供一些借鑒和參考。

1" "工程概況

某項目位于武漢市臨空區，設一層整體地下室，項目1#樓絕對高程為24.95m，2～8#樓絕對高程為25.15m，配套商業絕對高程為25.00m，場地整平標高為25.00m，基坑支護設計的絕對標高為2500m?；娱_挖平面大致呈“長方形”，東西向長約120m，南北向長約182m，基坑圍護結構總長度約581.3m，開挖面積約15489.1m²；承臺墊層底標高為絕對標高為18.50m，基坑實際開挖深度為6.50m。基坑工程緊鄰前期開發的住宅和學校、商業等既有建筑物，鄰近建筑物距離基坑開挖線在2.0～5.0m左右，周邊環境較復雜。

2" "地質概況

根據項目地勘資料顯示，場區原始地貌屬長江二級階地，原始地貌均為農田?？辈烨皥鰠^未進行人工回填整平工作，有一定的高差，場區土層表層為回填的黏性土（Q^ml），以下為第四紀全新統（Q₄^al+pl）至上更新統（Q₃a^l+pl）沖、洪積黏性土及砂層。由于場區已經人工整平，高差不大，本次勘察孔口相對高程一般在23.50～26.10m之間，場區高差在2.60m左右。

本場區地下水共分成二層，上部地下水為上層滯水，賦存上部第1層素填土孔隙中，主要受大氣降雨垂直滲透補給及農田灌溉用水的補給，一般水量較小，水量、水位受季節性控制，通過蒸發排泄。據調查，上層滯水在豐水期持續降水情況下，水位會上升，與地勢基本一致，一般會上升至現地表以下0.50m左右。

第2層粉質黏土、第3層粉質黏土為黏性土隔水層，下部砂層無明顯的隔水層，覆存于第4層細砂、第5層中粗砂中的地下水可按一層地下水考慮，屬孔隙承壓水。該層水位變化幅度不大，埋深在現地表以下7.70～8.50m左右，高程一般在17.20m左右。該層水位與長江有水利聯系，呈互補關系，由于距長江距離較遠，與之水位漲落有滯后現象[4]。據調查，在進入降水量較多的豐水期，地下水會有所上升，上升的變化幅度在1.50m左右。

3" "基坑支護設計方案

本基坑工程工程地質條件較好，大部分剖面坑壁及坑底主要為Q4、Q3的黏性土，局部表層填土厚度較大，工程地質條件對深基坑支護體系穩定較為有利，但因周邊環境條件復雜，坑頂超載普遍較大，對基坑開挖安全存在不利因素。

經方案比選，選擇排樁+一道錨桿支護方案，支護采用樁徑800mm，樁間距1500mm，樁長12m，樁頂以下2.00m設一層錨桿，冠梁截面尺寸為1m×0.7m?？颖诓捎脴堕g掛鋼絲網噴射混凝土護面，以防止上層滯水沿樁間填土層滲漏進入坑內?？禹敿翱拥姿闹茉O置截水溝和集水井，典型地段支護剖面圖見圖1，支護設計工況簡圖見圖2。

4" "計算結果

結合該工程基坑支護設計方案及背景資料，分別采用天漢軟件2016版、理正深基坑F-SPW進行計算，對不同周邊環境（坑頂2m以外超載分別取30、60、90、120、150kPa），和不同工況下支護體系最大位移、最大彎矩、最大剪力、被動區彈性抗力安全系數、水平向每延米支反力標準值，進行橫向和縱向對比分析，并對各指標的比值進行統計分析。

《基坑工程技術規程》（DB42/T 159-2012）（地標）和《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120-2012）（行標），對支護結構設計采用的作用效應不利組合和相應抗力限值規定基本相同，均采用作用基本組合的效應設計值參與驗算[5]。但對作用基本組合的綜合分項系數和結構重要性系數取值有所區別，具體如表1所示。

理正深基坑F-SPW進行基坑支護計算時按行標計算，天漢軟件2016版進行基坑支護計算時按地標計算，鑒于以上標準對兩種系數規定的區別，為保證不同軟件計算結果一致性，在采用理正軟件進行計算時，將支護結構重要性系數按照與地標一致的原則進行調整。調整前后，基本組合綜合分項系數與結構重要性系數的“乘積”對比見表2。

基坑支護計算時，對于兩軟件均采用朗肯土壓力理論，按水土壓力合算[6]，彈性法計算方法均用“m”法，主要內力計算結果見表3。

5" "計算結果統計與分析

通過表3數據對比可知，理正計算的支護結構位移、彎矩、剪力、支反力均大于天漢，而被動區彈性抗力安全系數正好相反，即理正計算結果整體偏保守。同條件下，按照其計算結果進行設計與天漢相比將消耗更多材料，費用更高。現取每組同條件下理正結果與天漢結果的比值（被動區彈性抗力安全系數越小表示越保守，因此該組比值取倒數，即每組同條件下天漢結果與理正結果的比值），將該比值作為隨機變量進行分組統計。

理正與天漢計算結果比值統計見表4。表4中比值為每種工況下理正與天漢計算結果的比值，其中被動區彈性抗力安全系數比值，為每種工況下天漢結果與理正結果的比值；支反力比值統計數量不足6，取小值平均值。

根據統計結果可知，理正與天漢內力計算結果比值標準值在1.09～1.30之間，被動區彈性抗力安全系數、支反力比值在1.08～1.34之間。總體看，若選擇理正結果進行設計，設計值較保守、安全冗余較大。在實際項目設計中，可根據以后更多的項目計算結果數據進行對比分析，結合地區土層條件、周邊環境等對計算結果“折減”使用。

6" "結語

本文以武漢臨空區基坑工程典型剖面為例，采用兩種軟件在同條件下進行計算，對得到的主要內力結果進行對比分析，并以相應結果的比值作為變量進行統計分析。對比天漢和理正基坑支護結構內力的計算結果可知，兩者的內力計算結果存在一定偏差。基坑支護設計時采用天漢的計算結果進行設計，表面上看更節約材料，造價更低。采用理正軟件進行單元計算時，可手動選擇內力計算方法（增量法或全量法），而天漢軟件無手動選擇，官方也未說明默認的計算方法是增量法或全量法，加之上述計算過程中理正按行標計算，天漢按地標計算，這些差異也對計算結果產生了一定影響。巖土工程是一個復雜、綜合的領域，不確定因素眾多，也存在一定的地域性，這就需要工程師根據實際工程經驗和巖土工程概念，在軟件計算結果中加以對比分析和判斷。

參考文獻

[1] 張杰，韓春雷.淺析運營地鐵區間上方基坑工程的施工時序影響[J].北方建筑，2021，6（1）：43-48.

[2] 劉晨，饒運東，許開軍，等.基于MADIS/GTS的基坑復合土釘墻支護效果模擬分析[J].巖土工程學報，2012，34（S1）：217-221.

[3] 劉芳，羅武，趙永志，等.軟土深基坑樁撐支護選型分析及數值模擬研究[J].廣東土木與建筑，2022，29（1）：14-17.

[4] 劉亞洲，王先登.臨江地段承壓水位變化對地下構筑物影響分析[J].勘察科學技術，2009（3）：39-41.

[5] 陳衛，楊國平.理正巖土工程系列軟件針對水利工程需求的最新發展[J].巖土工程界，2000（12）：50-52.

[6] 朱占國，趙文，李慎剛，等.地鐵深基坑支護結構計算方法研究[J].地下空間與工程學報，2013，9（5）：1109-1114.