邵欣，張其立，戴東東

（1.浙江省交通運輸科學(xué)研究院，浙江 杭州 311305 2.浙江勤業(yè)建工集團有限公司，浙江 紹興 312030 3.安徽皖通高速公路股份有限公司滁州管理處，安徽 滁州 239000）

0 引言

隨著地下空間的開發(fā)，深基坑工程日益增多，深基坑工程具有深度深、開挖面積大等特點。 目前對多支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算方法很多， 一般有等值梁法、逐層開挖支撐力不變法、彈性地基梁法、有限元法，但這些方法計算的結(jié)果不盡相同，甚至相差很大。

謝猛等[1]研究了等值梁法在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。 章丹峰[2]等研究了基坑監(jiān)測中混凝土支撐軸力的測量影響因素與計算方法。 胡榮光等[3]考慮地下水滲流作用，進(jìn)行了有限元數(shù)值建模， 得到了圍護(hù)樁入土深度和鋼支撐預(yù)加軸力對樁身內(nèi)力及變形特性的影響規(guī)律。 等值梁法能解決土的強度問題，但無法計算變形問題。 目前，對于哪種方法更適用于工程設(shè)計，尚未得出結(jié)論。

1 分析方法

1.1 等值梁法

等值梁法的原理是假定墻后土體處于朗肯主動狀態(tài)， 基坑底部以下墻前土體處于朗肯被動狀態(tài)， 把基坑底面下樁底土壓力零點與樁頂之間的部分當(dāng)作多跨連續(xù)梁，(支撐)點位置為連續(xù)梁的支點， 采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中力矩分配法計算連續(xù)梁的方法計算支點反力，計算簡圖如圖1 所示。

圖1 等值梁法計算

等值梁法的計算步驟如下：

（1）計算作用于樁(墻)身上的土壓力強度，并繪出土壓力分布圖。

（2）第i 層土底、頂處的主動土壓力強度和被動土壓力強度采用朗肯理論值。

（3）根據(jù)土壓力強度值等于零確定反彎點的位置，并計算其離挖土面的距離μ，計算公式如式（1）所示。

將支護(hù)樁簡化成連續(xù)梁， 其荷載為土壓力，將連續(xù)梁第一段看成懸臂， 中間支錨各段為兩端固定，最后一段土壓力零點處看成鉸支，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊》， 運用結(jié)構(gòu)力學(xué)的計算方法計算固端彎矩。

（4）用彎矩分配法平衡支點彎矩并分段計算各支點反力。

（5）計算樁墻最小入土深度。

1.2 逐層開挖支撐力不變法

采用逐層開挖支撐力不變法計算時， 應(yīng)根據(jù)實際施工情況， 按每層支撐受力后不因下階段支撐及開挖而改變數(shù)值的假定進(jìn)行， 即假定支撐荷載不變，支撐位移不變。 在計算每層支撐時，取下層支撐所需開挖深度進(jìn)行支撐計算。 逐層開挖支撐力不變法計算簡圖如圖2 所示。

圖2 逐層開挖支撐力不變法計算

逐層開挖支撐力不變法計算步驟如下：

（1）根據(jù)各土層物理力學(xué)參數(shù)，求出圍護(hù)樁墻后所受的土壓力強度值及第i 層支撐時土壓力零點和基坑底部的距離μi。

（2）第i 層支撐力可按第i+1 層支撐設(shè)置后挖土深度下的反彎點以上各力對該點力矩之和為零確定，在此仍然以土壓力等于零的點為反彎點，第i層支撐力Ti計算如式（2）所示。

（4）在剪力為零處求最大彎矩。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

某工程與地鐵1 號線出口無縫對接。總用地面積68 085.2㎡，設(shè)三層地下室。場地周邊環(huán)境復(fù)雜，市政管線較多，基坑采用雙排鉆孔灌注樁+地下連續(xù)墻， 結(jié)合三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案，樁間設(shè)三軸水泥攪拌樁擋土止水，三道支撐距地 表 分 別 為1.9 m、6.65 m、11.30 m； 基 坑 深 度15.20 m，地下連續(xù)墻嵌固深度18.5 m。地面荷載為30 kN/m2。

2.2 按等值梁法計算

本工程建筑基坑范圍內(nèi)成層土居多，采用分層計算土壓力再逐層累加。 根據(jù)土質(zhì)條件計算，開挖至15.20 m 時土壓力計算結(jié)果見圖3。

圖3 土壓力分布

土壓力零點距離基坑底面距離μ=1.4 m。用彎矩分配法平衡支點彎矩， 分段計算各支點反力可得：T1=974 kN，T2=2 559 kN，T3=4 319 kN，QF=216.3 kN。最大彎矩：Mmax=642.8 kN·m。

2.3 按逐層開挖支撐力不變法計算

第一層支撐設(shè)在地面以下-1.9 m 處， 基坑開挖至-7.05 m； 第二層支撐設(shè)在地面以下-6.65 m處，基坑開挖至-11.95 m；第三層支撐設(shè)在地面以下-11.30 m 處，基坑開挖至-15.20 m。 運用朗肯土壓力理論計算土壓力分布， 不同工況下土壓力分布如圖4 所示。

圖4 土壓力分布

由∑MF=0 得：T1=1 388.6 kN； 同理可得T2=2 428.8 kN，T3=3 342.2 kN，QF=186.04 kN。

可以看出兩種計算方法得出的樁入土深度相差不大。

3 內(nèi)力對比分析

采用理正軟件的彈性法、等值梁法、逐層開挖支撐力不變法和實測數(shù)值對支撐軸力、內(nèi)力進(jìn)行分析。支撐軸力結(jié)果如表1 所示，內(nèi)力結(jié)果如表2 所示。

表1 三種方法計算最大支撐軸力

表2 三種計算方法支撐內(nèi)力對比

由表1 可知，在支反力計算中，第一道支撐最大軸力值彈性法相對于等值梁法較小， 等值梁法和逐層開挖支撐力不變法計算的第二、 三道支撐最大軸力值處于彈性法和實測值之間， 第二道支撐最大軸力值彈性法相對于等值梁法大45.8%，第三道支撐最大軸力值彈性法相對于等值梁法大10.1%，逐層開挖支撐力不變法計算的支撐最大軸力與實測值最為接近。

由表2 可知， 最大彎矩彈性法較等值梁法大35.5%，比逐層開挖支撐力不變法大64.8%；最大剪力彈性法是等值梁法的2.25 倍， 是逐層開挖支撐力不變法的2.6 倍。 最大彎矩等值梁法比逐層開挖支撐力不變法大21.7%，最大剪力等值梁法比逐層開挖支撐力不變法大16.3%。

綜上所述， 在進(jìn)行深基坑支護(hù)體系設(shè)計時，基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩、 最大剪力按照彈性法進(jìn)行計算，支撐軸力按照等值梁法計算，這樣更加合理。

4 結(jié)語

通過結(jié)果的對比，逐層開挖支撐力不變法與實測值相比誤差較大， 在工程中適合做粗略的計算。在彈性法和等值梁法的對比中， 彈性法的最大彎矩、最大剪力比等值梁法大，各道支撐軸力值變化趨勢與等值梁法更為符合，所以在進(jìn)行深基坑支護(hù)體系設(shè)計時，基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩、最大剪力按照彈性法進(jìn)行計算， 而支撐軸力按照等值梁法計算，這樣更加合理。