杨毅
中水电（天津）建筑工程设计院有限公司 天津301700
摘 要
深基坑的开挖伴随着空间向建筑的出现而广泛应用到工程建筑中，与之相匹配的支撑支护工程成为整个工程实施的重要保障，但是不同的地理地质条件下所选用的支护工程技术又不尽相同。本文即在浙江某拟建项目的基础之上，根据具体要求选择合理的支护方案，并运用多种计算手段，进行基坑数值模拟与计算分析，并就实际的施工提出具体的建议。
关键词：深基坑；支护工程；数值模拟；措施
前言
随着城市化进程的推进，各种空间向建筑逐渐成为建筑工程的主流，与之对应则需要开挖一定的基坑。在基坑开挖的过程中，不同地理条件下需要采取不同的支撑支护方式，而支护结构的好坏直接关系到整个建筑工程的成败，还关系到众多建筑人员的人身安全。因此在具体深基坑的开挖中，需要根据实际情况选择合理的支护方式，并计算各种设计数据，并且要保证施工过程的科学准确。
1课题介绍
1.1工程概况
本次课题主要以杭州某一拟建的项目建筑为研究对象，项目楼层高在4F-17F之间，并设有地下室，整个场区的东侧为二层，西侧为一层。因为建造需要需要开挖基坑，开挖深度在6.35m-10.55m之间，基坑面积约为2.65万m2，周长为691m，整个基坑安全等级为一级。
该场区位于浙北平原区，为海积平原地貌单元，地貌形态单一，泥土结构松软。该地区土层结构以泥土和砂岩为主，相比较与山区，地质松软，地基的稳定性相对较差，在开挖深基坑的过程中，面临着塌方等众多问题，因此必须有相应的支撑支护工程，在保证工程的顺利开展的同时，也有助于保护施工人员的安全。
2设计优化
2.1支护方案优化
首先，需要确定具体的优化方案。在综合比选各类支护方案之后，尤其是着重参考地理条件类似的基坑支护案例，在结合本次工程的实际情况确定支护方案。由于此次工程基坑开挖面积大，基坑边线很长，需要针对基坑不同部位、不同的挖深、不同的周边环境，选择安全合理的支护形式。经过综合对比和分析，工程基坑围护方案采用单排灌注桩配合一至二道钢筋砼支撑，局部放坡，坑中坑采用重力挡墙支护的支护型式。
其次，需要计算具体的支护数据，并就这一计算结果进行优化。优化计算软件中土压力的计算方法，启明星软件中的土压力常规的计算方法是根据规范方法采用的朗肯土压力计算公式，由于理论公式是在理想条件下推导得出，我院根据启明星软件中的专家计算模式，对主动土压力的计算结果进行合理的优化，因此支护结构桩内的配筋量进行了优化，并且对支护桩采用分段配筋的模式，在支护桩底约三分之一的范围内，由于弯矩较小，如果采用通长配筋，则浪费较大，因此对底部范围内的配筋进行优化，可节约10%左右的配筋，降低了每根工程桩的造价。
3基坑数值模拟与计算分析
3.1基坑数值模拟
3.1.1模型建立
在数值计算的时候，需要建立一定的模型模拟基坑情况。在此次的模型设计中，假定基坑的土层在场区内起伏变化较小，取其一半进行数值模拟。为减少基坑边界条件对计算的影响，计算模型的水平、竖向及纵向尺寸分别取10倍、5倍、20倍开挖深度。钻孔灌注桩和钢格构柱采用pile单元模拟，冠梁和支撑杆件采用beam单元模拟，各类支护构件通过共用节点实现刚结，限制6个自由度。
基坑计算模型尺寸为200m×100m×50m，共包含1000000个单元体，1035351个节点。
3.1.2工况模拟
理论设计往往与实际建设之间存在着不小的差距，在落实到施工之前，还需要根据实际的数据与理论设计相结合，进行工况模拟。此次计算模型选取二层地下室的典型剖面进行工况模拟，可分为5个工况：①土体开挖至-1.5m；②土体开挖至-2.3m处并设置冠梁；③土体开挖至-6.7m；④土体开挖至-7.6m处并设置腰梁；⑤土体开挖至-10.0m.
3.2计算分析
与工况模拟相对应的，需要依据相关的标准，对整个基坑支护工程进行全方位的计算。该工程基坑设计总深10.5m，属于一级基坑的范畴，依据《浙江省标准—建筑基坑工程技术规程(DB33/T1008-2000)》进行设计计算，在计算模型中，根据地勘报告输入土层参数，地面超载取30.0kPa.
图3.2-1为同济启明星软件计算得到的支护桩位移、弯矩和剪力包络图。图3.2-2为分别采用设计计算软件和数值模拟软件计算得到的支护桩水平位移分布图。
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图3.2-1支护桩位移、弯矩、剪力包络图 图3.2-2 支护桩水平位移分布图
3.3结果分析
3.3.1 支护结构水平位移分析
通过观察启明星软件计算结果可以发现，此次基坑的支护结构其最大水平位移为45.9mm，具体地点位于桩顶以下5.4m深度处；参考相关的计算图示可以发现，数值计算中显示的最大水平位移为43.8mm，具体位置位于桩顶以下6m深度处。对比二者分析，发现最大水平位移及出现最大水平位移位置都极为接近，误差属于可控标准范围之内，由此证明了所建立数值模型的合理性。
3.3.2 支护结构剪力和弯矩分析
由启明星软件计算结果可知，支护结构的弯矩最大值位于8.1m处，约为基坑开挖深度的76.4%，在-7.05m处，第二道支撑效限制了弯矩的增长；同时，内支撑的设置是剪力沿深度的分布较为均匀。对比计算软件与数值分析软件的计算结果，支护结构的弯矩沿深度的分布呈“鼓肚型”，内支撑起到了约束弯矩和剪力的作用。
3.3.3 支撑轴力云图分析
第一道支撑的轴力最大值出现在基坑东侧两角撑的交接处，约为6100kN。基坑的两道对撑的轴力值次之，约为3055-4805kN。第二道支撑的轴力最值位置同第一道，为10353kN，东南角部角撑的轴力次之，约5341-6832kN。究其原因，地下二层区域主动土压力较大，内支撑承受较大荷载，轴力较大。
5结语
本文针对软土区内支撑深基坑支护工程优化设计及现场采取的施工措施进行了研究，可为类似工程的设计及施工提供借鉴。
（1）采用多角度的设计思路，综合考虑到以往案例以及相关标准，并根据实际情况对支护桩布置位置及配筋进行优化，在保证整个支护工程质量的同时，还起到了大幅节约工程造价的作用。
（2）该建筑项目基坑支护工程的成功设计，证明了对于软土层加厚、开挖深度大、周边环境要求严格的城市基坑工程，采用排桩加2道内支撑的支护方案具有较好的可行性。并且，通过比较数值分析和软件计算的结果发现，数值分析与专业设计软件相结合的工作方式可以相互论证，能进一步优化计算结果，并有利于岩土设计工作的集成化。
（3）针对软土区深基坑内支撑支护结构型式，结合实际数值进行工况模拟，在不断的实验中有助于选择最适合的施工建造方案，同时，施工措施的正确运用对于保证基坑及周边环境安全具有重要意义。
（4）设计、施工一体化的经营模式可快速高效地解决施工现场突发问题，为业主提供高品质服务，有利于提高我院的市场竞争力。
参考文献：
1.丁鑫. 深基坑施工中支护结构分析与监测技术研究[D]. 武汉理工大学.
2.张辉, 李林峰. 深基坑工程信息化施工管理平台设计研究分析[J]. 百科论坛电子杂志, 2019, 000(003):69-70.