深基坑支护结构的实用计算方法及其应用分析

张敏燕（中国建筑材料工业地质勘查中心浙江总队，浙江 杭州 310022）

由于深基坑支护的特殊性，在实际施工管理中，受到计算方法不合理的影响，会降低工程质量。因此，施工单位应结合工程项目特点，对深基坑支护工程进行研究，并结合工程项目的基本需求，选择实用性的计算方法，在保证工程质量的同时提高深基坑支护的整体质量。

1 深基坑支护结构

结合深基坑支护工程的基本特点，其作为一种特殊性的工程形式，存在着复杂性、可变性的特点，通过支护结构及支护方案的落实，可以稳步提高工程强度，保证工程项目的正常进行。通常情况下，深基坑支护结构的种类包括：第一，深层搅拌水泥挡土技术。对于这种支护结构，需要将土和水泥进行拌合处理，之后根据工程项目的特点，形成具有一定强度的挡墙，在开挖深度达到3m～6m时，进行支护管理。这种支护结构较为适合软土环境，施工噪音小，结构止水性强。第二，钢板桩。钢板桩具有一定的可靠性及耐久性，在支档施工结束之后，可以通过回收及重复利用的方法，提高深基坑施工的稳定性，逐步缩短工期。但是，钢板桩施工的噪音较大，容易引发土体移动的问题。第三，钻孔灌注桩挡墙。对于该种支护结构，桩径直径一般在600mm～1000mm的范围，桩长在15m～30m之间，通过组合排列挡墙方式的设置，提高工程项目的稳定性。对于该种施工工艺，具有噪声及振动小、刚度大的特点。第四，土钉墙。对于土钉墙工艺，其作为一种边坡稳定的支护形式，将其运用在深基坑支护的情况下，可以提高工程项目的稳定性。

2 深基坑支护结构的实用计算方法

2.1 经典方法

结合深基坑支护结构的施工特点，经典方法主要包括静力平衡法、Tergahi法以及弹性曲线法等。经典方法作为一种平衡性的理论基础，需要将侧向荷载作为研究对象，根据土压力理论以及Tergahi-Peck表观土压力理论内容，将围护结构作为一种竖向梁，提高支撑点及梁确定的精准性。但是，在深基坑支护结构施工中，由于技术的不断创新，经典分析方法无法满足一些建筑项目的施工需求，所以，施工单位要合理选择基坑支护方案，以保证各项工序的正常进行。

2.2 弹性地基梁法

对于弹性地基梁法，作为一种改进型的计算模式，需要将土作用成为等效的弹力机制，之后通过支撑、锚杆技术的运用，提高支护结构的稳定性。结合工程项目的特点，在弹性土地基梁解法计算中，需要施工结构力学法、解析法等。为了提高计算的效果，弹性地基梁法对支撑受力及桩入土段的受力情况进行了简化处理，在入土段受力情况分析中，需要对土压力极限值进行分析，之后按照入土段的受力及变形情况确定支护工艺。在弹性地基梁法使用中，需要充分考虑深基坑的土体结构、支撑情况及锚杆情况，之后通过各项参数的研究及分析，稳步提升工程项目的质量。

2.3 增量法

增量法可以为基坑支护结构提供参数支持。施工单位在具体施工中，应该结合支护结构的特点分析荷载增量，并对增量产生的内力、结构原有内力等进行分析，之后通过施工过程的模拟分析，发挥增量法的技术优势。而且，在多道内撑的支护体系设置中，应该仔细分析传统技术施工中存在的问题，之后通过影响墙体稳定及墙体移动问题的分析，设置多道支撑基坑项目，保证项目的稳步进行。因此，在深基坑工程项目中，为了提高支护工程项目的整体质量，在实际的施工管理中，施工单位需要结合工程项目的特点，选择适应性的支护结构计算方法，并结合项目的特点，设置施工方案，稳步提高工程质量，为深基坑支护管理提供参考。

3 工程概况

3.1 案例分析

某建筑工程总面积为76870m2，地上工程40层，地下4层。由于该工程项目位于市中心，施工场地相对狭小，在实际施工中，需要与市政道路及周围建筑相邻，所以应该做好工程支护，并按照基坑变形控制值确定支护方案，见表1[3]。

表1 基坑变形控制值

3.2 基坑支护结构的选型

根据工程项目的实际情况，由于地下室工程的特殊性，在实际施工中，为了保证工程项目的稳定性，应该将底板厚度设置为850mm。由于工程所在地的地下水位较高，为了保证支护的稳固性，需要采用排桩支护的方法，以便减少施工场地，保证施工环境的安全性。第一，排桩。深基坑支护中，为减少施工对周围建筑的影响，应该采用钻孔灌注桩的施工工艺，在桩基深度达到16.5m时，选择桩径为0.85m、桩间距为1.1m，桩身应该采用C30的混凝土。第二，锚杆。为了提高工程项目的质量，第一道锚杆应该设置在桩顶-1.0m的位置，锚杆长度为9.8m，倾斜度控制在40°；第二道锚杆应该设置在-6.7m位置，倾斜角为25°[4]。

4 深基坑支护结构的实用计算方法及其应用

4.1 深基坑支护结构的计算方法

在深基坑支护结构设计中，为提高工程项目的稳定性，应该选择实用性的计算方法。施工单位可以利用深基坑设计软件进行计算，结合工程项目的特点，分析基坑内力的分布、强度及水平位置，之后设置深基坑支护方案。

4.2 荷载设计技术

结合深基坑支护项目的特点，在荷载设计中，应该考虑土体压力、水体压力，地面活荷载要按照基坑周围1m位置超过18kPa的荷载进行计算。

4.3 工况计算

在基坑计算中，应该结合不同的工程情况分析支护方法。例如，在完成分段钻孔之后，应该进行钻孔灌注桩及搅拌桩止水施工方法；在平整场地施工中，应该选择土地开挖的技术形式；在完成冠梁施工的情况下，应该在混凝土强度达到75%时，需要进行第一道锚杆施工，稳步提高基坑施工的稳定性[5]。

4.4 挡土墙内力计算

挡土墙是深基坑支护的重要环节，挡土墙结构安全直接关系到深基坑的安全。尤其是其中内力计算非常关键，内力计算主要涉及三方面：首先，利用杆系有限元法对开挖面以上进行计算。按照竖向划分的方式，分别从有限个弹性地基量单元以及二力杆单元角度出发，将挡土墙结构进行有效划分，注意对节点连接位置进行标注；其次，利用挠曲微分方程计算开挖面以下位置，所有计算都必须以弹性地基梁为基础，及时对挡土墙幂级数近似解进行求解；最后，利用静力平衡方程对开挖面节点进行计算，结合挡土墙结构情况以及变形协调相关内容，计算过程中需要以迭代的方式得到最终的计算值。

挡土墙结构内力计算期间，开挖面以上计算难度不高，幂级数近似解是计算核心。挠曲微分计算方程如下：

式中，挡土墙结构材料作为重要条件，计算期间会涉及到其弹性模量与界面惯性矩，分别为E、I；挡土墙的开挖面以下竖向距离为z；水平位移为ω；土体抗力系数为C；挡土墙开挖面墙后压力强度为p1。必须注意，挡土墙压力强度不会因为竖向距离的变化而受到影响，因此需要将这一点在计算中排除。随后对开挖面以下挡土墙长度条件进行确定：将l带入到挠曲微分计算方程中，得到如下转换：

随即展开幂级数解，得到如下计算结果：

以同次幂计算期间和等于零的条件为前提，对计算公式进一步推算，得到如下形式：

因为挡土墙结构中，开挖面结构节点标注期间，上下挡土墙位移等分别由α0，α2，α4，α6等代表，所以设定计算架设为k≥9，系数代表为αk，符合挡土墙工程角度的计算要求，并且得到αk=此前计算项均与挡土墙精度要求相符。

根据上述计算公式，对挡土墙便捷条件进行推算，得到结果后，对计算过程适当简化，由此计算出最终的幂级数近似解。

4.5 表观土压力理论

深基坑支护施工中，实用性计算还包括表观土压力问题研究。朗肯土压力是当前深基坑支护中应用最广泛的一种方法，此外库伦土压力也应用比较多。因为深基坑支护的各方面参数比较大，所以需要对表观土压力理论进行升级，此次选择Terzaghi-Peck表观土压力理论。综合深基坑工程实际测量情况，及时测量生成表观土压力图。借助增量法，深层次对深基坑支护结构展开观测，从表观土压力着手，确定支撑位置，随后计算出支撑力与支撑间距，观察压力分布规律，得到支撑预应力，继而推断出深基坑表观土压力。

4.6 计算结果及分析

在基坑支护的内力及位移计算中，应该选择弹性法及经典法的计算方法。通过计算，工程中的最大基坑弯矩分布为：基坑内侧210.05kN·m、基坑外侧203.30kN·m，这些参数满足设计规范标准。

通过实用性计算方法的运用，可以保证深基坑结构的安全性。结合深基坑支护工程的项目特点，在实际的施工管理中，施工单位应该结合工程项目的特点，分析施工质量及施工安全。而且，在实用性支护项目中，施工单位要结合项目的特点，选择适应性的工程技术，之后结合项目的需求，节约工程成本，为行业的运行及经济化发展提供支持[6]。

5 结语

总之，在深基坑工程项目中，为了提高支护工程项目的整体质量，在实际的施工管理中，施工单位需要结合工程项目的特点，选择适应性的支护结构计算方法，并结合项目的特点，设置计算方法的施工方案，稳步提高工程质量，为深基坑支护管理提供参考。在实用性计算方法选择中，工程单位应该结合工程项目的特点，细化工程管理机制，通过基坑支护选型、支护方案的落实，保证各项工序的正常进行，充分满足行业的稳步发展需求。