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摘要：支护结构设计的关键是正确分析支护结构在不同的工况时的受力状态与变形情况，首先要正确的估计作用在支护结构上的侧压力的分布和大小。而影响这方面的因素很多，它与支护结构的刚度、形式、施工顺序及方法、周围土的性质等方面有着密切的关系，因此很难准确地估计土压力的大小。
关键词：支护结构；土压力；设计方法
都市建设的加快，致使高层建筑地下结构不断加深，坡度不断变陡，且深基坑边坡四周有已建物，这对建筑施工、特别对位于城市中心地段的建筑施工产生了不利的影响，因此，对深基坑支护的安全问题，工程技术人员应予以重视。
一、目前存在的问题
1.深基坑支护结构土压力分布问题是一项极为复杂的课题，国内外许多学者在土压力问题做了许多研究，并取得了一些成果，但土压力问题涉及的影响因素很多，它与支护结构的形式、刚度、土的性状、地下水状况等因素有关．因此，每种成果都有局限性．
2.国内外诸多学者对此作了大量的理论和试验研究，对经典±压力理论所存在的缺陷和基坑工程中土压力计算的主要影响因素目前已有一定的共识，但还没有一个简单、实用的理论公式能真正用于实践．试验研究方面，也作了较多的室内模型和现场试验，但所用的填料绝大多数是砂土，因此，研究结果具有一定的局限性，应该增加粘性土土压力的试验研究．
3.在试验中遇到了许多诸如压力盒埋设、土料制备等许多问题．应该指出，模型试验毕竟与基坑工程中土的实际受力状态不同，试验中许多复杂因素如土的应力历史、超载、降水、渗流、时空效应及一些施工影响因素，都不能加以考虑，试验本身由于尺寸效应，测量精度会存在误差．因此，模型试验结果只能作为定性分析，不能作为定量结果，还要结合工程实测理论对比分析加以量化．
4.用于深基坑支护设计的方法理论很多，但能真实反映支护结构受力情况的却很少，近年来，由于计算机的发展，使得对支护结构的位移．内力进行模拟成为可能，有限元法即是在支护结构和土体共同工作的情况下对支护结构进行内力和变形分析的，从而使支护结构的真实情况得到反映．这种处理基坑问题的思路在80年代后被陆续应用到基础工程和基坑工程当中，目前这种方法还在研究推广阶段。但是，有限元分析法在理论上较完善，但因存在土体模型和土性参数难以准确确定，边界条件难处理，计算工作量大，成本高等问题，目前难以实际应用。
二、土抗剪强度指标选择
在计算时，土的强度指标c、Ф值是通过土工试验得出的，但土的试验有多种方式，如快剪（三轴不固结不排水剪）、固结快剪（三轴固结不排水剪）、慢剪（三轴固结排水剪）等，不同试验得出的c、Ф值不同，在基坑开挖土压力采用哪种指标，目前没有统一的规定，而他的取值又至关重要，影响着支护结构设计的优劣成败。在很多工程测试中表明，基坑开挖时有如下规律：（1）基坑开挖后，当土结构总是向基坑方向位移，悬臂式当土结构位移自下而上逐渐增大，顶部位移达到最大值。支撑式挡土结构位移-深度曲线呈“弓”字形，在开挖面附近位移达到最大值。由此，在基坑外侧为主动土，基坑内侧为被动土。（2）开挖前，挡土结构两侧土压力大小相等，方向相反。开挖后，基坑外侧土压力、孔隙水压力逐渐降低，由静止土压力转化为主动土压力，开挖到底后，挡土结构位移速率逐渐减小至基本稳定时，主动土压力会出现回升。基坑侧被动土压力受开挖卸荷与挡土结构嵌入部分压缩作用的影响，开挖面附近降低幅度大，深处降低幅度小。根据开挖前测得的土压力与深度作相关分析，得到不同k0值，再根据k0=1-sinФ反算Ф值，计算结果值与固结快剪试验指标接近。在开挖结束时测得的土压力与深度作相关分析，得到ka、kp值，再根据公式反算c、Ф值，主动土压力反算的c、Ф值与固结快剪指标接近，被动土压力反算的c、Ф值与快剪指标接近。由此可见，主动土压力与被动土压力表现为不同的受力机理，在计算土压力时应取不同的强度指标。挡土墙外侧的侧压力除了土压力还存在水压力。计算时有两种处理方法，一种是分别计算中东土压力和水压力，称为水土分算，显然，计算土压力时用浮容重；另一种是水土合算，即拥饱和容重计算土严厉，不再另算水压力，水土合算侧压力要小于水土分算，通常的选用原则是对于砂土或粉土宜用分算，对粘性土宜用合算。
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三、支护结构的设计计算方法
1.不考虑支护结构变形的设计计算方法。该法是应用最广泛的一种用以计算支护内力的方法，以库仑一朗肯理论为基础，采用极限平衡法，把超静定的结构力学问题简化为静定问题求解，国内采用较多的有等值梁法和静力平衡法。
2.考虑支护桩和支撑变形的设计计算方法。常用的等值梁法和静力平衡分析方法虽然使用简单，但不能考虑开挖过程对支撑和结构的影响，因而其计算结果往往不能满足实际工程的需要，考虑支撑和支护桩变形的设计方法能更好的反映支护结构与土体共同作用，理论计算结果比较符合实际。以弹性地基梁法为基础，考虑开挖过程及回筑过程对深基坑挡土结构作用的影响，讨论了该法进行基坑围护结构设计的合理性问题。通过弹性地基梁中的“C”法，考虑分步开挖过程影响，推导了以挠曲线方程为基础的计算方法，结果表明“C”法比“m”法更适合于软土地基。针对深基坑开挖中广泛采用的多支撑挡土结构，考虑分步开挖的施工过程对支撑反力、挡土结构内力和位移的影响，提出了以弹性地基梁理论为基础的有限元分析方法。推导了不同卸荷比下考虑卸荷影响的土体水平抗力系数，研究发现，改进法得到的支护结构水平变形大于传统方法，而对内力结果影响不大，基坑平面尺寸越大，变形越明显，改进法更能反映平面尺寸对基坑变形的影响。与不考虑支护结构变形计算方法相比，该法涉及支撑一挡土结构一土共同作用理论，与土和挡土结构有关，更与支撑情况，特别是支撑方式和开挖过程有关，应考虑支护桩和支撑变形进行设计计算。
3.考虑支护桩、圈梁（腰梁）和支撑变形的设计计算方法。考虑支护桩和支撑变形的设计计算方法中，常忽略圈梁在支护体系中的作用，只把圈梁作为一种安全储备，按《建筑基坑支护规程》进行设计，从而造成设计的不合理及资金浪费。实践表明，圈梁可改善支护桩的受力和变形状态，对减小桩身位移起到一定的作用。因此，不少学者在排桩支护体系中，考虑圈梁的作用下提出了相应的分析方法，并结合实际工程进行对比分析。如果忽略圈梁的作用，势必造成支护体系按理论设计计算出的物理量与实际监测有较大的偏差及造成工程造价的提高。实践表明，在基坑支护结构动态施工各工况中，圈梁能为排桩提供一定的水平力和弯矩，有较明显的空间效应，能够起到协调各桩变形、加强结构整体性、改善各桩受力的作用，且越靠近坑角空间效应越明显。
4.存在的主要问题。（1）传统的等值梁法把超静定结构问题简化成静定结构问题求解，不考虑施工过程中支撑设置前后支撑力的变化，需凭经验对土压力和计算结果进行修正，只能以控制土的强度条件为设计依据，无法计算变形问题，对于按变形控制的地区，该设计方法受到一定限制。（2）弹性地基梁法基坑设计中，支护结构外侧土压力仍是假定，忽略坑外土体与支护结构的相互作用，虽考虑坑内土与支护结构之同的相关变形，但基本未涉及土的强度问题，无法考虑支护体系的空间效应和土的各向异性。“m”的取值是否合理，对计算结果有很大的影响，特别是对于珠三角、长三角软土地区，由于难以反映土的流变性，计算的水平位移可能会变小，增加了基坑设计的风险。（3）共同变形法充分考虑了支护结构和土体的相互作用，可以模拟基坑开挖的各个过程，并给出相应条件下支护结构的变形、内力和作用在支护结构两侧的土压力，但仍基于Winkler地基模型，假定土压力与支护结构位移成线性关系，而实际上两者之间的关系是非线性的，亦忽略了渗流效应。（4）不考虑支护结构变形的设计计算方法由于采用的是经典土压力理论，没有考虑支护体系与土体的相互作用对土压力的影响，与实际土压力值相差甚大，计算结果过于粗糙，同时也没法考虑支护结构的变形对周边环境产生的影响。（5）考虑支护桩和支撑变形的设计计算方法可以在一定程度上反映了基坑开挖对周边环境的影响，但是该设计方法没有考虑圈梁（腰梁）的作用，只是将其作为安全储备，也无法考虑支护体系和地质条件的空间效应。相比较而言，考虑支护桩、圈梁（腰梁）和支撑变形的设计计算方法能较完善的解决土体与支护结构的相互作用、强度、变形问题，但地基抗力系数取值的准确性有待提高，土压力计算模型中亦没有考虑渗流效应和土体流变对土压力的影响。
支护结构内力和变形计算结果的合理性在很大程度上取决于作用在支护结构上的土压力，寻找更加符合基坑工程特点的土压力计算模型具有重要的现实意义和理论价值．
参考文献：
[1]杨东阳．深基坑支护结构的实用计算方法及应用．2016.
[2]王美英，赵玉，浅谈支护结构土压力的设计方法介绍.2017.
论文作者:方林
论文发表刊物:《防护工程》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/19
标签：结构论文; 压力论文; 基坑论文; 圈梁论文; 位移论文; 方法论文; 计算方法论文; 《防护工程》2018年第6期论文;