深基坑支護結構與主體結構相結合的設計與施工研究

袁 　野 仝聯飛

（四川省川建勘察設計院，四川 成都 610000）

深基坑支護結構與主體結構相結合的設計與施工研究

袁 野 仝聯飛

（四川省川建勘察設計院，四川 成都 610000）

建設地下多層結構的時候，結合主體結構和支護結構方式屬于有效的防護措施，是近年來應用以及發展的新型支護方式。本文研究了設計主體結構和支護結構相結合的方式，構建主體結構和支護結構的基本框架，提出了幾種結合主體結構和支護結構的方式，闡述施工的關鍵技術，為以后進一步研究深基坑支護技術奠定基礎。

深基坑支護結構；主體結構；設計與施工

相比較以往深基坑施工技術來說，結合主體結構和支護結構的方式具備節約資源、保護環境、縮短工期的優勢，是構建可持續健康發展節約型社會的關鍵，同時也是一種新型支護技術。本文集中闡述了設計主體結構和支護結構的方式，全面促進基坑支護技術以后的發展。

一、主體結構和支護結構相結合的設計類型

（一）墻體相結合

主體地下室圍護墻和外墻相結合的形式通常為地下連續墻。設計和計算墻體相結合結構的時候應該合理分析施工中、竣工中以及使用中地下連續墻的不同結構與荷載作用的狀態，并且也應該切實符合正常使用和不同承載能力情況下的極限狀態設計需求。設計兩墻合一接頭形式主要有設計接頭結構和施工接頭以及設計連接主體的結構，設計接頭的過程中滿足主體結構變形與受力的實際需求，尤其是保障可以剪力傳遞新舊混凝土接縫的位置，同時設置響應和止水措施和抗滲措施。設計兩墻合一結構中一般應用現澆地下連續墻結構，施工質量經常出現不穩定因素，會對墻體結構受力性能和抗滲性造成影響。

（二）水平構件相結合

主體結構水平構件圍護強形變小、支撐剛度大，可以當作內支撐，適合應用在逆作施工中。內支撐系統如果是地下室結構樓板，此時框架梁施工體系為無梁樓蓋板和梁板體系。實際操作中因為需要分析向下挖土的工程，應該在結構樓板上對兩種結構都設置相應的出土口，前兩種均需要在結構樓板上設置一定數量的出土口，無梁樓蓋板結構可以更加方便地進行挖土，但是因為屬于二次樓板施工項目，板梁接縫處的位置應該設置一定的止水措施。內支撐若是地下結構水平構件，應該合理計算正常使用和不同承載能力情況下的極限狀態，同時也切實滿足使用期限和施工周期的需求。當結構梁板被當作臨時施工棧橋或者平臺的時候，設計構件中應分析動力荷載。計算樓板預留孔位置的變形和應力，并且設置孔口邊梁。施工中連接地下連續墻和地下結構水平構件的過程中保障滿足主體結構變形以及受力的實際需求，依據連接剛性需求設計構造，結構中都設置止水構造。

（三）豎向構件相結合

當支撐系統和主體結構水平構件結合的時候，利用結合主體結構工程的立柱樁保護臨時立柱來處理立柱樁與豎向立柱。如果施工中應用臨時立柱，完成地下室結構項目以后需要及時拆除臨時立柱，同時托換主體結構柱。若施工中應用主體結構結合柱的時候，實際操作中合理使用H型鋼柱、角鋼格構柱等。在完成基礎底板結構以后依據澆筑外包混凝土的方式處理形成H型鋼柱或者角鋼格構柱，板上一般需要預留澆筑孔，立柱樁正常使用的時候，能夠對混凝土和勁性構件進行共同作用。

二、深基坑支護結構與主體結構相結合設計的分析方法

（一）工程實用分析法

工程實用分析法實際上就是對分離水平支撐體系和圍護結構進行分析。可以使用連續介質平面有限元分析法處理圍護結構，也可以使用平面豎向彈性地基梁分析法處理圍護結構。國內理正基坑支護軟件、理正基坑支護軟件等平面豎向彈性地基梁分析方式。現階段經常使用ABAQUS、ADINA、PLAXIS等連續介質平面有限元分析方法。水平支撐類型為周邊地下聯系強兩墻合一結構支撐形式，空間桿系模型方式分析臨時水平支撐，此時可以合理應用啟明星軟件。主體結構和支護結構向結合的方式被臨時周邊維護體結構方式取代，考慮梁板作用模型的方式來分析主體結構支撐水平依稀，此時可以合理應用ABAQUS、ANSYS等大型有限元分析軟件。

（二）豎向支撐、水平支撐、維護結構一起作用的三維m法

支護結構作為這種方式的主要分析目標，依據支護結構為中心構建三維有限元模型，這種模型結構包括土彈簧單元、豎向支撐系統、維護結構以及水平支撐系統。如果依據臨時水平支撐進行分析，此時利用梁單元來模擬體系梁結構；主結構梁板為水平支撐結構的時候，分析水平支撐構件中可以應用板單元和梁單元，同時也需要充分分析板和梁的共同作用。立柱樁和立柱為豎向支撐體系的關鍵結構形式，模擬中應用梁單元。彈簧單元來對坑底以下土體進行模擬，大型有限元軟件對支護結構和分層開挖土體的方式進行模擬，荷載來對坑外土體進行模擬，以便于可以合理分析支護結構的變形和內力。

（三）結構和土共同作用方式下的三維有限元方法

深基坑中結合主體地下結構和支護結構的方式具備十分復雜的支撐結構，開挖土體的時候屬于結構和土一起作用的三維問題，如果此時只是應用平面分析方式不能完全展現基坑三維形變的情況，同時也不能體現建筑支撐結構變形和受力規律。所以需要應用三維有限元分析方式來處理上述問題。三維有限元分析中包括以下模擬方式為三維四面體單元、三維六面體單元。利用板待援對支撐樓板和圍護結構進行模擬，依據梁單元來對梁支撐和立柱進行模擬。三維有限元方式分析過程中主要有支護結構和土體結構，同時也應該著重闡述結構和土體對于建筑的共同作用，依據施工實際情況來對施工過程中進行模擬，以便于獲得建筑結構的變形和內力。

結語

綜上所述，近年來隨著建筑事業的高速發展，越來越多地開始使用主體結構和支護結構相結合的建筑結構，并且成為基坑技術發展的主要趨勢。因此上述主要研究了主體結構和支護結構相合形式的設計方法和分析方式，分析中提出了3種主體結構和支護結構相結合的構件形式，為豎向支撐結構體系、水平構件結構體系、墻體結合。依據上述三種主體結構和支護結構結合的形式，提出了幾種分析主體結構和支護結構框架體系的綜合技術，主要包括基于規范維護結構、工程實用分析法、結構和土共同作用的有限元分析法以及三維m分析法。這種基坑支護結構在工程領域已經得到一定成果，可以全面提升建筑單位的社會效益和經濟效益。

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