・６４・ 第４Ｏ卷第ｌ３期 ２ ０ １ ４年５月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．１３ Ｍａｖ． ２０１４ 文章编号：１００９—６８２５（２０１４）１３—００６４—０２ 深基坑工程支撑结构计算分析 樊启广 周航生 李本悦 徐（１．浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江杭州成 ３１００１４） ３１００２８； ２．浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州摘要：简述了几种基坑工程的计算方法，结合实际工程案例，利用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件，对深基坑支护结构的支撑部分进行 了分析计算，为基坑工程的建设提供了越来越科学的计算依据。 关键词：基坑工程，支撑，计算，受力 中图分类号：ＴＵ４６３ 文献标识码：Ａ 基坑工程的开挖与支护一直是一个综合性的工程难题，涉及 ２各个领域的知识和技术，随着城市扩张，科技发展，关于基坑开挖 工程概况 拟建场地现为绿化地，地势平坦。基坑东侧、南侧为高层居 的计算也有了很大的改进。外国学者Ｔｅｒｚａｇｈｉ和Ｐｅｃｋ根据工程 民住宅区，桩基础、一层地下室，基坑北侧、西侧为市政道路，人行 实测数据，在２０世纪６０年代提出了著名的Ｔｅｒｚａｇｈｉ—Ｐｅｅｋ表观土 道与道路下埋设有雨水管道、给水管道、通讯管道、污水管道、电 压力用于基坑工程支护设计，并且被国际工程广泛使用。而我国 力管道。地下室外边线离东侧、南侧居民楼约６ ｍ，离北侧、西侧 则是在改革开放之后８０年代，由于城市高速发展出现了大量基 坑工程 ０ｊ。但在建设初期，基坑工程并不受重视，没有系统的支 道路仅２ ｍ～３ ｍ，场地用地条件非常紧张。 拟建安置房为一幢８层三产配套用房，框架结构，设２层地下 护结构受力计算方法和理论，导致工程事故频频发生。进入 室，工程桩采用灌注桩。工程的北面和西面是城市交通干道，东 ９Ｏ年代，城市发展更是导致了基坑工程建设的热潮，基坑问题也 面和南面是已有小区住宅楼。 受到了工程各界越来越多的关注。在建设部颁布了《建筑基坑支 场地地表１５ ｍ深度范围内为透水性强的砂质粉土和粉砂， 护技术规程》之后，上海、广州等城市也根据自己的地域要求颁布 深部为透水性差的淤泥质粉质粘土。本项目场地用地条件非常 一了地方技术规程 。随着计算机技术的发展，使得有限元软件在 紧张，紧邻民居和道路，无放坡空间。综合考虑：采用钻孔灌注桩＋ 基坑工程计算上也得到了广泛的应用，为基坑工程的建设提供了 道钢筋混凝土支撑的支护方式，坑外采用三轴搅拌桩止水，同 越来越科学的计算依据。国内学者也做了很多这方面的研究，高 文华等 通过建立三维有限元分析模型，同时考虑基坑开挖的时 空效应和基坑周边土体的流变效应对围护结构位移的影响，计算 出在不同工况下土体和结构的位移。 时坑外采用自流深井将坑外水位降低至地表以下４ ｍ（勘察期间 的地下水位）。 地形、地下水条件为：拟建场地位于钱江南岸冲一海积平原， 上部以砂质粉土和粉砂为主。拟建场地表面为绿化地，上部为填 土层铺垫，场地平坦，地面高程６．６—６．９。孔隙潜水赋存于上部 １ 基坑工程计算方法简述 一地下水受大气降水及地表水补给，地下水 般基坑支护结构均简化为受侧向土压力作用的受力结构， 砂质粉土及粉砂层中，常年水位约为１．００ ｍ一１．２０ ｍ， 根据多年的技术发展，主要的基坑结构计算方法大致可以归纳为 位受季节性及气候影响变化很大，以下３种类型 Ｊ。 雨季时可达地表，受场地地势及邻近场地井点降水施工影响，勘 察期问测得地下水位埋深３．７０ ｍ一４．００ ｍ。 １．１ 经典方法 利用经典的理论土压力方法将围护结构简化为受侧向荷载 的梁系。这种方法非常简单，可以手算估测，但是并不能分析结 构位移，也不能考虑施工对工程的影响。 １．２弹性地基梁法 将水平支撑看成一个弹性支点，侧边土体看成连续分布的土 弹簧，土压力计算则采用经典的土压力理论。 １．３有限元法 把土和围护划分成单元，确定边界条件，土体根据其特性选 用相应的本构模型模拟。早期二维模型较多，为满足变形的空间 效应，三维模拟也很快发展起来。因为能由程序设定考虑工况和 施工步骤，倍受新学者青睐。但实际工作中由于本构模型参数不 图１支撑平面布置图 要减少基坑对周边的影响水平支撑就显得相当重要，本项目 易确定，程序本身较为复杂对模拟人员要求很高，而且根据各方 就对基坑支撑的各项数据进行了模拟分析，水平支撑具体做法如 实践经验，很多分析依然太过于理想，与现实差距较大，因此该方 下：如图１所示：冠梁截面尺寸ｌ ０００×７００（高）、围檩截面尺寸 法并未在工程实践中得到普遍应用。而随着软件的发展和理论 １ ０００×８００（高）、主支撑截面尺寸８００×８００（高）、次支撑截面尺 的充实，越来越多的复杂工程必须依赖有限元计算，有限元法必 寸６００ Ｘ８００（高）。配筋见图２，支撑混凝土强度等级均为Ｃ３０；主 将成为以后工程设计分析的主流。 收稿日期：２０１４－０２．２４ 筋为ＨＲＢ４００；钢立柱不在支撑范围内时须加挑梁或加大支撑节 作者简介：樊启广（１９７７一），男，工程师，一级注册结构工程师； 周航生（１９９０一），男，在读硕士 李本悦（１９７９一），男，硕士，工程师； 徐成（１９７６一），男，工程师 第４０卷第１２ ０ １ ４年５月 ３期 樊启广等：深基坑工程支撑结构计算分析 ・６５・ 点捣角宽度，挑梁做法同主支撑；未注明钢筋锚固长度均为３５ｄ； 最大弯矩计算值１ ８００ ｋＮ・ｍ。按跨中弯矩控制配筋，围檩截面 保护层厚度２０ ｍｍ。 尺寸１ ０００ ｍｍ×８００ ｍｍ，对称配筋，单侧需配１２．２５，实配 １２ｑ￣２５。如图５所示：支撑最大轴力计算值为３ ７７０ ｋＮ，主撑截面 ８００ ｍｍ×８００ ｍｍ，抗力为９ １００ ｋＮ＞３ ７７０ ｋＮ。如图６所示：支撑 自重最大弯矩计算值３３５ ｋＮ・ｍ。支撑截面尺寸８００ ｍｍ× ８００ ｍｍ，对称配筋，单侧需配４ ２２，实配７ ２。 ａ）ＧＬ（冠梁 ｂ）ＷＬ（围檩 一．Ｉ８ＩＥ＋０７ －９２２ ２６０ —３２ ｌ８１ ８５７ ８９９ ．１７５Ｅ＋０７ ．１３７Ｅ＋０７ —４７７ ２２０ ４１２ ８５９ ．１３０Ｅ＋０７ ．２１９Ｅ＋０７ ｃ）ｚｃ１ ｄ）ＺＣ２ 图２冠梁、围檩、主支撑、次支撑配筋图 图５冠梁弯矩（支座最大弯矩 ２ １９０ ｋＮ・ｎｌ。跨中最大弯矩１ ８１０ ｋＮ・ｍ） ３ ＡＮＳＹＳ计算分析 本论文仅根据设计分析支撑的受力及位移，采用国际通用的 商业有限元软件ＡＮＳＹＳ建立支撑体系的空间分析模型。支撑受 力计算模型见图３。 一１９２ ５３９ —７５ ２０９ ４２ １２２ １５９ ４５２ ２７６ ７８２ —１３３ ８７４ —１６ ５４４ １ｏｏ ７８７ ２１８ １１７ ３３５４４８ 图６支撑自重弯矩（最大弯矩３３５ ｋＮ・ｍ） ４结语 基坑支护技术涉及因素很多，针对建筑基坑支护的问题，本 文简单介绍了常用的计算方法，然后结合工程实际案例，利用 ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对支护结构的支撑部分进行分析，计算出 相应的受力情况、位移和弯矩等信息。在之后的工作中需要获取 该工程施工过程中的相关信息，用以验证有限元分析的科学性， 为今后的支护方案分析提供依据。 参考文献： ［１］ 刘建航，候学渊．基坑工程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出 版社．１９９７：１－５． ［２］ 徐希萍．深基坑支护技术的现状与发展趋势［Ｊ］．福建建筑， ２００８，１１６（２）：３４—３６． ［３］ 龚晓南，高有潮．基坑工程设计施工手册［Ｍ］．北京：中国建 筑工业出版社，１９９８：３－１１． ［４］ 高文华，杨林德．软土深基坑围护结构变形的三维有限元分 析［Ｊ］．工程力学，２０００（２）：１２４－１４０． ４２９Ｅ一０４ ．００３ ０４９ ．００６ ０５６ ．００９ ０６３ ．０１２ ０６９ ［５］ 杨光华．深基坑支护结构的实用计算方法及其应用［Ｊ］．岩 ．００ｌ ５４６ ．００４ ５５３ ．００７ ５５９ ．０１０ ５６６ ．０１３ ５７３ 土力学，２００４，２５（１２）：１８８５・１８９６． 图４支撑变形 ［６］ 赵光辉，彭 昊，高博．基于ＡＮＳＹＳ的某软土基坑有限元 如图４所示：冠梁支座处最大弯矩计算值２ １９０ ｋＮ・ｍ，跨中 分析［Ｊ］．山西建筑，２０１２，３８（１６）：８３—８４． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＦＡＮ Ｑｉ－ｇｕａｎｇ’ ＺＨＯＵ Ｈａｎｇ－ｓｈｅｎｇ ＬＩ Ｂｅｎ－ｙｕｅ。ＸＵ Ｃｈｅｎｇ。 （１．Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｚｈｅｉｆａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２８，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｈｏｏ１．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｉｍｐｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｏｍｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃａｓｅ， ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＡＮＳＹＳ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｍｏｒｅ ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｓｕｐｐｏｒｔ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｓｔｒｅｓｓ
