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摘 要：通过对3个内撑式支护结构工程原型测试得出的数据，分别与弹性地基梁计算方法和等值梁计算方法计算出的数据进行比较和分析，从而得出弹性地基梁计算方法的结果更趋于合理。
关键词：基坑；支护内撑式；弹性地基杆系；支撑系统
在内撑式支护结构中，支撑系统是极其重要组成部分，它对支护结构内力变化及周围环境（如地面施工超载、地下水位升降等）变化均十分敏感。支撑系统一旦出现损坏，将直接威胁整个基础施工安全，带来不可估量的损失。因此支撑系统的设计与施工是保证支护结构的关键步骤，必须引起足够的重视。支撑系统设计包括方案选择，内力计算、构造设计等。其中内力计算是重要内容，由于国家尚未正式颁布深基坑支护设计与施工规范，多种内力计算方法在实际工程中均有所使用，且使用标准、设计依据均有很大差异，造成计算结果也有一定出入。本文结合工程实测数据对常用的内支撑支护结构的计算方法加以对比分析，初步探讨其在工程中的使用价值。
1 工程原型观测结果
本文为方便受力分析，选用了3个对撑式内支撑支护结构进行了观测。
1.1 观测工程
为天津人保公司营业楼，基坑平面尺寸为4413m×2610m，开挖深度为10m，支护结构采用800@850密排灌注桩作为挡土结构，外加一道700双排水泥搅拌桩，支撑系统为1层钢支撑布置，中部设两道钢结构对撑，四角设钢筋混凝土角撑。该场地地下20m范围内主要由粉质粘土组成，土质水平方向均匀，透水性较差。在观测中，分别在2根钢支撑中的四肢上粘贴8个电阻应变片，利用电阻应变仪测试钢撑应变，继而计算出轴力。钢筋混凝土角撑是采用钢弦式应力计焊接在受力主筋上，使用频率计观测应力计变化，最后计算出角撑轴力。
1.2 观测工程
为天津市祥云商厦，基坑平面尺寸为4714m×3416m，开挖深度为615m，挡土结构选用600mm厚地下连续墙，支撑系统采用1层钢筋混凝土内撑，中部为两根对撑，角部为4根角撑。该场地土质以粉质粘土为主，土质较好。观测中每根支撑均采用钢弦式应力计进行。
1.3 观测工程
为天津市康宁大厦，基坑平面尺寸为6316m×3718m，开挖深度为810m，挡土结构选用800@1060钢筋混凝土桩，支撑系统采用1层钢筋混凝土内撑，在长边跨中设置两道钢筋混凝土对撑，角部设4根角撑。该场地在18m范围内主要以粉质粘土和粘土组成，土质水平方向均匀。观测中每根支撑均采用钢弦式应力计进行。为了与观测结果进行对照，本文采用常用的等值梁方法及弹性地基杆系理论分别对3个工程进行了支撑内力计算。
2 支撑内力理论计算分析
从等值梁计算方法可知，支护结构被假定为1根在侧压力作用下的梁，以弯矩为零处作为假想铰支点，计算假想铰支点以上部分内力，同时求得支座反力，支撑系统只是假想为一个没有变形的竖向链杆，而支撑体系采用的材料、截面尺寸、布置形式等均不能以参照数的形式在计算中体现出来，例如观测工程1是采用的钢结构对撑、工程2和工程3采用的是钢筋混凝土对撑，两者材料的弹性模量相差达一个数量级，在等值梁计算方法中则不考虑。此外，等值梁方法计算中下端的铰支座位置是按半经验公式进行估算的。无论是支座的形式还是支座的位置都不能准确反映此处支护结构的实际受力状态。以工程2为例，按等值梁方法求得下部铰点位置处的实际变形在1316～2019mm范围内变化，在基坑开挖面附近达到最大变形值2212mm，由此说明该处土抗力实际上形不成一个没有侧移的铰支点，因而造成上部支撑计算中分担的轴力要比实际的轴力小，统计也表明，采用该方法相对误差最大可达4917%，最小也将近20%，且计算结果均比实测结果小，偏于不安全。
此外，从严格意义上说等值梁方法更适合于水土合算方法进行内力求解，这也势必影响其在高水位地区使用的准确性。弹性地基杆系统理论是将支护结构假设为竖放弹性地基杆系，结构外侧作用的侧压力按照朗肯理论或库伦理论进行计算，支撑系统和坑底以下的土抗力假设为弹簧支座，对支护结构根据需要划分为有限单元体，用数值分析方法求解。通过公式（1）进一步形成梁、链杆系统的整体刚度矩阵求解。从计算原理上，支撑处及土抗力假设成弹簧支座，一方面可将支撑系统的设计形式转化为计算参数进行受力分析，另一方面可较好的模拟支护结构的实际工作状态，对比等值梁方法可逐个单元计算出支护结构的各点变形，合理地确定支撑系统与土抗力相互间对于支护结构侧压力的分担比例，提高支撑系统的计算准确性。通过3个工程原型观测也反映出使用弹性地基杆系理论的计算结果与实测结果较接近。在工程1中，从实测支护桩测斜曲线上看，无论是支撑处还是坑内被动土压力处均出现变形，这与弹性地基杆系理论的弹性支座是相吻合的。其次支撑计算结果与内力实测对比看：计算结果较对撑1小70116kN，较对撑2大34110kN，在工程2中，计算结果分别比对撐1、2大9716kN、7710kN；在工程3中分别比对撑1、2大78811kN和5016kN，计算误差在14%以内。在角撑计算中也比等值梁方法接近实测结果。对3个工程，使用弹性地基杆系理论计算的结果较实测结果偏差均在16%以内，比等值梁方法计算精度提高27%左右。这样在实际工程中采用可大大提高支护结构设计的可靠性。通过工程原型观测也发现，即使是采用弹性地基杆系理论也不能完全精确地与实测结果相吻合，特别是随着基坑开挖深度加大，支撑受力增加。最后通过计算结果与实测结果对比分析反映出各种理论都有一定缺陷，一方面表現在计算模型对实际支护结构模拟误差；另一方面各个计算参数的选取还有待深入研究，借助工程原型观测的信息返馈进一步调整。
3 结论
根据工程原型观测结果和理论计算结果对比分析，等值梁方法作为一种简捷的手算计算方法，对于一层支撑支护结构的支撑内力估算有一定的使用意义，使用弹性地基杆系理论时可进一步对支护结构进行全面内力分析，其计算结果较为准确，支撑内力计算结果作为工程计依据，具有很大的使用价值。
参考文献：
[1]陈仲颐，叶书麟主编.基础工程学（M）.北京：中国建筑工业出版社，1990.
[2]赵志缙.高层建筑基础施工（第二版）（M）.北京：中国建筑工业出版社，1994.
作者简介：
周丹丹，身份证号码：410802198305092022
关键词：基坑；支护内撑式；弹性地基杆系；支撑系统
在内撑式支护结构中，支撑系统是极其重要组成部分，它对支护结构内力变化及周围环境（如地面施工超载、地下水位升降等）变化均十分敏感。支撑系统一旦出现损坏，将直接威胁整个基础施工安全，带来不可估量的损失。因此支撑系统的设计与施工是保证支护结构的关键步骤，必须引起足够的重视。支撑系统设计包括方案选择，内力计算、构造设计等。其中内力计算是重要内容，由于国家尚未正式颁布深基坑支护设计与施工规范，多种内力计算方法在实际工程中均有所使用，且使用标准、设计依据均有很大差异，造成计算结果也有一定出入。本文结合工程实测数据对常用的内支撑支护结构的计算方法加以对比分析，初步探讨其在工程中的使用价值。
1 工程原型观测结果
本文为方便受力分析，选用了3个对撑式内支撑支护结构进行了观测。
1.1 观测工程
为天津人保公司营业楼，基坑平面尺寸为4413m×2610m，开挖深度为10m，支护结构采用800@850密排灌注桩作为挡土结构，外加一道700双排水泥搅拌桩，支撑系统为1层钢支撑布置，中部设两道钢结构对撑，四角设钢筋混凝土角撑。该场地地下20m范围内主要由粉质粘土组成，土质水平方向均匀，透水性较差。在观测中，分别在2根钢支撑中的四肢上粘贴8个电阻应变片，利用电阻应变仪测试钢撑应变，继而计算出轴力。钢筋混凝土角撑是采用钢弦式应力计焊接在受力主筋上，使用频率计观测应力计变化，最后计算出角撑轴力。
1.2 观测工程
为天津市祥云商厦，基坑平面尺寸为4714m×3416m，开挖深度为615m，挡土结构选用600mm厚地下连续墙，支撑系统采用1层钢筋混凝土内撑，中部为两根对撑，角部为4根角撑。该场地土质以粉质粘土为主，土质较好。观测中每根支撑均采用钢弦式应力计进行。
1.3 观测工程
为天津市康宁大厦，基坑平面尺寸为6316m×3718m，开挖深度为810m，挡土结构选用800@1060钢筋混凝土桩，支撑系统采用1层钢筋混凝土内撑，在长边跨中设置两道钢筋混凝土对撑，角部设4根角撑。该场地在18m范围内主要以粉质粘土和粘土组成，土质水平方向均匀。观测中每根支撑均采用钢弦式应力计进行。为了与观测结果进行对照，本文采用常用的等值梁方法及弹性地基杆系理论分别对3个工程进行了支撑内力计算。
2 支撑内力理论计算分析
从等值梁计算方法可知，支护结构被假定为1根在侧压力作用下的梁，以弯矩为零处作为假想铰支点，计算假想铰支点以上部分内力，同时求得支座反力，支撑系统只是假想为一个没有变形的竖向链杆，而支撑体系采用的材料、截面尺寸、布置形式等均不能以参照数的形式在计算中体现出来，例如观测工程1是采用的钢结构对撑、工程2和工程3采用的是钢筋混凝土对撑，两者材料的弹性模量相差达一个数量级，在等值梁计算方法中则不考虑。此外，等值梁方法计算中下端的铰支座位置是按半经验公式进行估算的。无论是支座的形式还是支座的位置都不能准确反映此处支护结构的实际受力状态。以工程2为例，按等值梁方法求得下部铰点位置处的实际变形在1316～2019mm范围内变化，在基坑开挖面附近达到最大变形值2212mm，由此说明该处土抗力实际上形不成一个没有侧移的铰支点，因而造成上部支撑计算中分担的轴力要比实际的轴力小，统计也表明，采用该方法相对误差最大可达4917%，最小也将近20%，且计算结果均比实测结果小，偏于不安全。
此外，从严格意义上说等值梁方法更适合于水土合算方法进行内力求解，这也势必影响其在高水位地区使用的准确性。弹性地基杆系统理论是将支护结构假设为竖放弹性地基杆系，结构外侧作用的侧压力按照朗肯理论或库伦理论进行计算，支撑系统和坑底以下的土抗力假设为弹簧支座，对支护结构根据需要划分为有限单元体，用数值分析方法求解。通过公式（1）进一步形成梁、链杆系统的整体刚度矩阵求解。从计算原理上，支撑处及土抗力假设成弹簧支座，一方面可将支撑系统的设计形式转化为计算参数进行受力分析，另一方面可较好的模拟支护结构的实际工作状态，对比等值梁方法可逐个单元计算出支护结构的各点变形，合理地确定支撑系统与土抗力相互间对于支护结构侧压力的分担比例，提高支撑系统的计算准确性。通过3个工程原型观测也反映出使用弹性地基杆系理论的计算结果与实测结果较接近。在工程1中，从实测支护桩测斜曲线上看，无论是支撑处还是坑内被动土压力处均出现变形，这与弹性地基杆系理论的弹性支座是相吻合的。其次支撑计算结果与内力实测对比看：计算结果较对撑1小70116kN，较对撑2大34110kN，在工程2中，计算结果分别比对撐1、2大9716kN、7710kN；在工程3中分别比对撑1、2大78811kN和5016kN，计算误差在14%以内。在角撑计算中也比等值梁方法接近实测结果。对3个工程，使用弹性地基杆系理论计算的结果较实测结果偏差均在16%以内，比等值梁方法计算精度提高27%左右。这样在实际工程中采用可大大提高支护结构设计的可靠性。通过工程原型观测也发现，即使是采用弹性地基杆系理论也不能完全精确地与实测结果相吻合，特别是随着基坑开挖深度加大，支撑受力增加。最后通过计算结果与实测结果对比分析反映出各种理论都有一定缺陷，一方面表現在计算模型对实际支护结构模拟误差；另一方面各个计算参数的选取还有待深入研究，借助工程原型观测的信息返馈进一步调整。
3 结论
根据工程原型观测结果和理论计算结果对比分析，等值梁方法作为一种简捷的手算计算方法，对于一层支撑支护结构的支撑内力估算有一定的使用意义，使用弹性地基杆系理论时可进一步对支护结构进行全面内力分析，其计算结果较为准确，支撑内力计算结果作为工程计依据，具有很大的使用价值。
参考文献：
[1]陈仲颐，叶书麟主编.基础工程学（M）.北京：中国建筑工业出版社，1990.
[2]赵志缙.高层建筑基础施工（第二版）（M）.北京：中国建筑工业出版社，1994.
作者简介：
周丹丹，身份证号码：410802198305092022