內(nèi)撐式深基坑簡化設(shè)計(jì)方法研究與實(shí)踐一、引言1.1研究背景與意義隨著城市化進(jìn)程的加速，城市土地資源愈發(fā)緊張，高層建筑和地下空間開發(fā)項(xiàng)目日益增多。在這些建設(shè)工程中，深基坑作為基礎(chǔ)工程的重要組成部分，其設(shè)計(jì)與施工的重要性不言而喻。深基坑工程通常是指為了滿足建筑物地下室或地下結(jié)構(gòu)施工需求，在地面以下進(jìn)行的深度較大的土方開挖工程，其深度一般超過5米，在一些復(fù)雜地質(zhì)條件或特殊工程要求下，開挖深度可能更大。深基坑工程廣泛應(yīng)用于各類高層建筑、地下商場、地鐵車站、地下停車場等項(xiàng)目。在高層建筑中，深基坑用于構(gòu)建穩(wěn)固的基礎(chǔ)，承載上部巨大的結(jié)構(gòu)荷載；在地下商場和停車場建設(shè)中，深基坑提供了廣闊的地下空間；而地鐵車站的建設(shè)更是離不開深基坑工程，它為地鐵線路的鋪設(shè)和車站設(shè)施的安裝創(chuàng)造條件。以某城市的大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目為例，其基坑深度達(dá)到了18米，周邊緊鄰交通主干道和既有建筑物，施工場地狹窄，地質(zhì)條件復(fù)雜，存在深厚的軟土層和較高的地下水位。在這樣的情況下，深基坑工程的設(shè)計(jì)與施工面臨著極大的挑戰(zhàn)，需要充分考慮各種因素，確保基坑的穩(wěn)定和周邊環(huán)境的安全。內(nèi)撐式深基坑作為深基坑支護(hù)的一種常見形式，通過在基坑內(nèi)部設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，有效地抵抗土壓力和水壓力，保證基坑的穩(wěn)定性。然而，內(nèi)撐式深基坑的設(shè)計(jì)過程極為復(fù)雜，涉及到多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識。設(shè)計(jì)人員需要深入了解土力學(xué)原理，準(zhǔn)確掌握土體的物理力學(xué)性質(zhì)，包括土體的強(qiáng)度、變形特性、滲透性等，以便合理計(jì)算土壓力和確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。同時(shí)，結(jié)構(gòu)力學(xué)知識也是不可或缺的，用于設(shè)計(jì)和分析支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，確保支撐結(jié)構(gòu)能夠承受巨大的荷載而不發(fā)生破壞或過大變形。此外，還需考慮施工過程中的各種因素，如土方開挖順序、支撐安裝時(shí)間和方法等，這些因素都會對基坑的穩(wěn)定性和變形產(chǎn)生顯著影響。在實(shí)際工程中，內(nèi)撐式深基坑的設(shè)計(jì)往往受到多種復(fù)雜因素的制約。地質(zhì)條件的復(fù)雜性是一個(gè)重要因素，不同地區(qū)的地質(zhì)條件差異巨大，如軟土地層、砂土地層、巖石地層等，每種地層都具有獨(dú)特的工程性質(zhì)，對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工提出了不同的要求。在軟土地層中，土體的強(qiáng)度較低，壓縮性較大，容易產(chǎn)生較大的變形，因此需要采用剛度較大的支撐結(jié)構(gòu)和有效的地基處理措施來控制變形。地下水位的高低和變化也會對基坑工程產(chǎn)生重要影響，高地下水位會增加水壓力，導(dǎo)致基坑側(cè)壁和基底的滲流問題，影響基坑的穩(wěn)定性，需要合理設(shè)計(jì)降水方案或采取止水措施。周邊環(huán)境的限制也給內(nèi)撐式深基坑的設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)，如周邊建筑物、地下管線、交通要道等，在設(shè)計(jì)過程中需要充分考慮這些因素，采取相應(yīng)的保護(hù)措施，避免基坑施工對周邊環(huán)境造成不利影響。如果在設(shè)計(jì)中未能充分考慮周邊建筑物的基礎(chǔ)情況，可能導(dǎo)致基坑開挖引起周邊建筑物的不均勻沉降，甚至出現(xiàn)開裂等嚴(yán)重問題。傳統(tǒng)的內(nèi)撐式深基坑設(shè)計(jì)方法通?；趶?fù)雜的理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)公式，這些方法雖然在一定程度上能夠滿足工程設(shè)計(jì)的要求，但存在計(jì)算過程繁瑣、設(shè)計(jì)周期長、對設(shè)計(jì)人員專業(yè)水平要求高等問題。復(fù)雜的理論計(jì)算需要設(shè)計(jì)人員具備深厚的專業(yè)知識和豐富的經(jīng)驗(yàn)，否則容易出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤或不合理的設(shè)計(jì)結(jié)果。而且，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法往往難以全面考慮各種復(fù)雜因素的相互作用，導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差。在考慮土壓力計(jì)算時(shí)，傳統(tǒng)方法可能無法準(zhǔn)確反映土體的非線性特性和施工過程中的應(yīng)力應(yīng)變變化，從而影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全性和經(jīng)濟(jì)性。因此，研究內(nèi)撐式深基坑的簡化設(shè)計(jì)方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。簡化設(shè)計(jì)方法可以顯著降低設(shè)計(jì)難度，使設(shè)計(jì)過程更加簡潔明了，減少設(shè)計(jì)人員的工作量和工作難度，提高設(shè)計(jì)效率。通過簡化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)人員可以快速得到初步的設(shè)計(jì)方案，然后再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，大大縮短了設(shè)計(jì)周期。準(zhǔn)確合理的簡化設(shè)計(jì)方法能夠提高設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，更好地考慮各種復(fù)雜因素的影響，使設(shè)計(jì)方案更加符合實(shí)際工程需求。這有助于保證基坑工程的安全穩(wěn)定，減少工程事故的發(fā)生，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。簡化設(shè)計(jì)方法還有助于降低工程成本，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，合理選擇支撐結(jié)構(gòu)和施工工藝，減少不必要的材料浪費(fèi)和施工工序，從而降低工程造價(jià)，提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外對于內(nèi)撐式深基坑設(shè)計(jì)的研究起步較早，在上世紀(jì)中葉就開始了相關(guān)探索。Toritighi和P”k對剛性擋土墻不同變位方式下的土壓力分布規(guī)律進(jìn)行了研究，提出了以預(yù)估挖方穩(wěn)定程度與支撐荷載大小為核心的總應(yīng)力法，為后續(xù)土壓力計(jì)算和支撐設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。到了60年代，LBjirrum和O.Eid通過研究分析得出了估算基坑基底隆起的方法，使得在基坑設(shè)計(jì)中對基底穩(wěn)定性的考量更加科學(xué)。隨后，在挪威奧斯陸等地的基坑開挖中開始實(shí)施施工監(jiān)測，并提出作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力圖形，這一實(shí)踐推動了基坑工程從單純的理論設(shè)計(jì)向理論與監(jiān)測相結(jié)合的方向發(fā)展。從70年代起，很多國家開始陸續(xù)制定有關(guān)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工以及開挖的規(guī)范，使基坑工程有了標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)和施工依據(jù)。在土壓力分布和基坑變形研究方面，國外學(xué)者取得了一系列重要成果。例如，通過進(jìn)行排樁試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)彈性變形條件下土壓力呈三角形分布，但在開挖面下方，由于受到變形限制，土壓力分布形式與古典土壓力分布形式產(chǎn)生明顯差別，臨近開挖區(qū)被動土壓力大于古典土壓力，而排樁墻趾處由于位移小，主動土壓力大于古典土壓力。Vaziri對影響土拱效應(yīng)的因素進(jìn)行研究并歸納得出，土體剛度增大則土拱效應(yīng)引起的土壓力亦增大，且在密實(shí)砂中增大幅度大于粘土和松砂中；若支護(hù)結(jié)構(gòu)的撓度增大，則土拱效應(yīng)也隨之增大；隨著錨固結(jié)構(gòu)加固，土拱效應(yīng)減小。Pock通過收集基坑開挖的有關(guān)實(shí)測數(shù)據(jù)，重點(diǎn)討論了土的種類和性質(zhì)、開挖深度以及支護(hù)結(jié)構(gòu)對基坑變形的影響，提出的研究基坑的方法對基坑工程具有指導(dǎo)意義。Roumeliotis根據(jù)實(shí)例分析基坑開挖及支撐剛度、支撐預(yù)應(yīng)力、下道支撐以下的開挖深度、出土的作用對基坑變形的影響，證明了基坑開挖前降水、支護(hù)結(jié)構(gòu)施工以及樁基施工均會對土體的變形產(chǎn)生影響。國內(nèi)城市地下工程建設(shè)起步相對較晚，但在眾多高校、科研單位以及政府職能部門的共同努力下，發(fā)展十分迅速。建國后我國就開始對深基坑工程進(jìn)行研究，在20世紀(jì)80年代之前，由于國內(nèi)高層建筑不多，基坑深度較淺，一般不超過5m，基坑工程的施工要求放坡開挖即可解決。改革開放后，我國興建了一大批高層建筑，地下深基坑工程得到廣泛運(yùn)用。進(jìn)入90年代以后，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各地興建了許多大型地下商場、市政設(shè)施、地鐵車站等，這些基坑的開挖深度大量超過10m，對基坑工程的設(shè)計(jì)、施工和檢測的要求越來越高。近20余年來，我國深基坑工程數(shù)量巨大，積累了豐富的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)和檢測資料，為了經(jīng)濟(jì)安全地發(fā)展基坑工程，國家組織專業(yè)技術(shù)力量開展了基坑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范YB9285-97》和《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(JGJ120-99)》等國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相繼實(shí)施，各地方也陸續(xù)制定了基坑工程的地方標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，國內(nèi)學(xué)者在深基坑設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法方面也進(jìn)行了深入研究，提出了很多新的理論和方法。時(shí)偉、劉繼明通過現(xiàn)場試驗(yàn)與理論結(jié)合的方法，印證了主動區(qū)土壓力隨開挖階段變化的分布規(guī)律；彭社琴進(jìn)行了深基坑土壓力檢測后分析指出，在基坑開挖和支護(hù)過程中，土壓力受施工進(jìn)度、土體沉降、墻體撓曲、施工機(jī)械布置等因素的影響，隨深度變化會出現(xiàn)很多復(fù)雜的變化形式，這是前我作用與結(jié)構(gòu)變形、土體與墻體變形協(xié)調(diào)的結(jié)果。在支護(hù)結(jié)構(gòu)方面，我國已經(jīng)發(fā)展出了許多行之有效的基坑技術(shù)，如土釘墻、水泥土重力墻、圓拱形支護(hù)結(jié)構(gòu)、加筋水泥土地下連續(xù)墻、逆作法、內(nèi)支撐支護(hù)體系、雙排樁支護(hù)、復(fù)合式支護(hù)等，并發(fā)明了如可拆除式錨桿技術(shù)、潛孔恒氣動土釘打入機(jī)等施工新技術(shù)。盡管國內(nèi)外在內(nèi)撐式深基坑設(shè)計(jì)方面取得了豐碩成果，但當(dāng)前的簡化設(shè)計(jì)方法仍存在一些不足。傳統(tǒng)的基于極限平衡理論的設(shè)計(jì)方法，將深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)視為靜態(tài)體系進(jìn)行計(jì)算，無法準(zhǔn)確反映施工過程中基坑的動態(tài)變化，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。在考慮土壓力計(jì)算時(shí)，難以準(zhǔn)確考慮土體的非線性特性、應(yīng)力歷史以及施工過程中的應(yīng)力應(yīng)變路徑變化等因素，使得土壓力計(jì)算結(jié)果不夠精確，進(jìn)而影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全性和經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)有簡化設(shè)計(jì)方法在考慮基坑的空間效應(yīng)方面還存在欠缺。實(shí)際的內(nèi)撐式深基坑是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)體系，各部分之間相互作用、相互影響，但很多簡化設(shè)計(jì)方法仍基于平面應(yīng)變假設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，忽略了支撐結(jié)構(gòu)在空間上的協(xié)同工作效應(yīng)，這對于形狀復(fù)雜或尺寸較大的基坑，可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果偏于不安全。而且，目前的簡化設(shè)計(jì)方法對于施工過程的模擬不夠細(xì)致全面。施工過程中的土方開挖順序、支撐安裝時(shí)間和工藝、降水措施等都會對基坑的穩(wěn)定性和變形產(chǎn)生顯著影響，但一些簡化設(shè)計(jì)方法未能充分考慮這些因素的動態(tài)影響，無法準(zhǔn)確預(yù)測施工過程中基坑的受力和變形情況。1.3研究內(nèi)容與方法本文旨在深入研究內(nèi)撐式深基坑的簡化設(shè)計(jì)方法，具體研究內(nèi)容涵蓋以下多個(gè)關(guān)鍵方面：內(nèi)撐式深基坑結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)原理剖析：全面、系統(tǒng)地研究內(nèi)撐式深基坑的結(jié)構(gòu)組成，詳細(xì)分析各個(gè)組成部分的作用和工作原理。深入探究內(nèi)支撐、支護(hù)樁、圈梁、腰梁等結(jié)構(gòu)在抵抗土壓力、保持基坑穩(wěn)定過程中的協(xié)同工作機(jī)制，明確各部分之間的相互作用關(guān)系和傳力路徑，為后續(xù)的簡化設(shè)計(jì)方法研究奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。土壓力計(jì)算方法研究：深入研究適用于內(nèi)撐式深基坑的土壓力計(jì)算方法，充分考慮土體的非線性特性、應(yīng)力歷史以及施工過程中的應(yīng)力應(yīng)變路徑變化等復(fù)雜因素對土壓力的影響。對比分析現(xiàn)有的各種土壓力計(jì)算理論和方法，結(jié)合實(shí)際工程案例，對其進(jìn)行驗(yàn)證和改進(jìn)，以提高土壓力計(jì)算的準(zhǔn)確性，為內(nèi)撐式深基坑的設(shè)計(jì)提供更可靠的荷載依據(jù)。支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化：根據(jù)內(nèi)撐式深基坑的特點(diǎn)和工程實(shí)際需求，對支撐結(jié)構(gòu)的形式、布置方式和截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理和先進(jìn)的計(jì)算軟件，對不同支撐結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行模擬分析，比較其受力性能和變形特性，確定最優(yōu)的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，在保證基坑安全穩(wěn)定的前提下，降低工程造價(jià)和施工難度。簡化設(shè)計(jì)方法建立：在綜合考慮內(nèi)撐式深基坑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、土壓力計(jì)算以及支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，建立一套科學(xué)、合理、實(shí)用的簡化設(shè)計(jì)方法。該方法應(yīng)能夠充分考慮基坑的空間效應(yīng)和施工過程的動態(tài)影響，通過簡化計(jì)算過程，快速、準(zhǔn)確地得到滿足工程設(shè)計(jì)要求的結(jié)果，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。工程案例驗(yàn)證：選取多個(gè)具有代表性的內(nèi)撐式深基坑工程案例，運(yùn)用建立的簡化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工程監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。通過實(shí)際工程驗(yàn)證，評估簡化設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性和可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)方法中存在的問題和不足之處，進(jìn)一步完善和優(yōu)化簡化設(shè)計(jì)方法。適用范圍及局限性分析：深入分析所建立的簡化設(shè)計(jì)方法的適用范圍和局限性，明確其在不同地質(zhì)條件、基坑規(guī)模和周邊環(huán)境等情況下的應(yīng)用條件和注意事項(xiàng)。為工程設(shè)計(jì)人員在實(shí)際應(yīng)用中提供明確的指導(dǎo)，使其能夠根據(jù)具體工程情況合理選擇設(shè)計(jì)方法，確保基坑工程的安全和經(jīng)濟(jì)。為實(shí)現(xiàn)上述研究內(nèi)容，本文將綜合運(yùn)用多種研究方法，包括：文獻(xiàn)綜合分析法：廣泛收集國內(nèi)外有關(guān)內(nèi)撐式深基坑設(shè)計(jì)的相關(guān)文獻(xiàn)資料，全面了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。對現(xiàn)有研究成果進(jìn)行系統(tǒng)梳理和總結(jié)，分析各種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為本文的研究提供豐富的理論支持和研究思路。通過對大量文獻(xiàn)的綜合分析，深入挖掘內(nèi)撐式深基坑設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題和研究熱點(diǎn)，為后續(xù)的研究工作指明方向。案例分析法：選取多個(gè)不同類型、不同規(guī)模的內(nèi)撐式深基坑工程案例，詳細(xì)分析其設(shè)計(jì)過程、施工工藝和監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過對實(shí)際工程案例的深入研究，總結(jié)工程實(shí)踐中的成功經(jīng)驗(yàn)和存在的問題，為簡化設(shè)計(jì)方法的建立提供實(shí)際工程依據(jù)。從案例分析中提煉出具有普遍性和代表性的規(guī)律和方法，將理論研究與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，使研究成果更具實(shí)用性和可操作性。數(shù)學(xué)分析法：運(yùn)用數(shù)學(xué)工具和力學(xué)原理，對內(nèi)撐式深基坑的受力狀態(tài)和變形特性進(jìn)行定量分析。建立合理的數(shù)學(xué)模型，通過求解數(shù)學(xué)模型得到內(nèi)撐式深基坑各部分結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形計(jì)算結(jié)果，為簡化設(shè)計(jì)方法的建立提供理論支撐。利用數(shù)學(xué)分析法可以精確地描述內(nèi)撐式深基坑的力學(xué)行為，為設(shè)計(jì)方法的科學(xué)性和準(zhǔn)確性提供有力保障。數(shù)值模擬法：借助先進(jìn)的數(shù)值模擬軟件，如ANSYS、FLAC等，對內(nèi)撐式深基坑的開挖和支護(hù)過程進(jìn)行數(shù)值模擬。通過數(shù)值模擬，可以直觀地展示基坑在不同施工階段的受力和變形情況，分析各種因素對基坑穩(wěn)定性的影響。數(shù)值模擬結(jié)果可以與理論分析和實(shí)際工程監(jiān)測數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證，進(jìn)一步完善簡化設(shè)計(jì)方法。數(shù)值模擬法還可以用于對不同設(shè)計(jì)方案的對比分析，為支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。二、內(nèi)撐式深基坑概述2.1結(jié)構(gòu)組成與分類內(nèi)撐式深基坑主要由支護(hù)樁、冠梁、腰梁、內(nèi)支撐以及止水帷幕等部分組成。支護(hù)樁是基坑支護(hù)的重要豎向受力構(gòu)件，通常采用鋼筋混凝土灌注樁、鋼板樁、型鋼水泥土攪拌樁（SMW工法樁）等形式。這些支護(hù)樁沿基坑周邊間隔布置，形成連續(xù)的支護(hù)體系，直接承受基坑外側(cè)土體傳來的土壓力和水壓力，并將這些荷載傳遞至冠梁和內(nèi)支撐。例如，在某軟土地層的深基坑工程中，采用了直徑800mm的鋼筋混凝土灌注樁作為支護(hù)樁，樁間距為1.2m，有效抵抗了深厚軟土產(chǎn)生的較大側(cè)壓力，確保了基坑側(cè)壁的穩(wěn)定。冠梁設(shè)置在支護(hù)樁頂部，通常為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，它將所有支護(hù)樁連接成一個(gè)整體，使支護(hù)樁能夠協(xié)同工作。冠梁不僅增強(qiáng)了支護(hù)體系的整體性和穩(wěn)定性，還起到了均勻分布荷載的作用，將支護(hù)樁所承受的荷載更有效地傳遞給內(nèi)支撐。當(dāng)基坑受到側(cè)向土壓力作用時(shí)，冠梁能夠協(xié)調(diào)各支護(hù)樁的變形，避免個(gè)別樁因受力不均而發(fā)生破壞。腰梁一般設(shè)置在支護(hù)樁的中間部位，同樣采用鋼筋混凝土或型鋼制作，其作用與冠梁類似，也是將支護(hù)樁連接起來，提高支護(hù)體系的整體剛度，并將土壓力傳遞給內(nèi)支撐。在一些深度較大的基坑中，設(shè)置多道腰梁可以更有效地控制支護(hù)樁的變形，確?；拥陌踩?。如在某基坑深度為15m的工程中，設(shè)置了三道腰梁，分別位于基坑深度的1/3、2/3和底部位置，顯著提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。內(nèi)支撐是內(nèi)撐式深基坑的核心部件，主要承受來自冠梁和腰梁傳遞的水平荷載，防止支護(hù)結(jié)構(gòu)因側(cè)向壓力過大而發(fā)生變形或破壞。內(nèi)支撐可采用鋼結(jié)構(gòu)（如鋼管支撐、型鋼支撐）、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)支撐具有自重輕、安裝和拆除方便、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠在安裝后立即發(fā)揮支撐作用，有效減少基坑位移隨時(shí)間的增加。在一些對施工工期要求較高的工程中，常采用鋼結(jié)構(gòu)支撐。而鋼筋混凝土支撐則具有剛度大、整體性好、變形小等特點(diǎn)，能適應(yīng)不同形狀的基坑，且節(jié)點(diǎn)不易松動，但現(xiàn)場制作和養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長，拆除時(shí)對環(huán)境影響較大。在對變形控制要求嚴(yán)格的基坑工程中，鋼筋混凝土支撐應(yīng)用較為廣泛。止水帷幕則用于阻止基坑外的地下水滲入基坑內(nèi)，保證基坑內(nèi)部施工環(huán)境干燥。常見的止水帷幕形式有水泥土攪拌樁、高壓旋噴樁、地下連續(xù)墻等。當(dāng)基坑周邊地下水位較高時(shí)，合理設(shè)置止水帷幕可以有效減少地下水對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力，提高基坑的穩(wěn)定性。在某臨江基坑工程中，采用了三軸水泥土攪拌樁作為止水帷幕，樁徑850mm，樁間距600mm，形成了連續(xù)的止水屏障，成功阻斷了江水的滲入，為基坑施工創(chuàng)造了良好的條件。內(nèi)撐式深基坑按照支撐材料可分為鋼支撐深基坑、混凝土支撐深基坑和鋼-混凝土組合支撐深基坑。鋼支撐深基坑具有安裝拆除便捷、可重復(fù)利用的優(yōu)勢，但節(jié)點(diǎn)構(gòu)造相對復(fù)雜，對施工技術(shù)要求較高；混凝土支撐深基坑剛度大、整體性好，但施工周期長，拆除難度大；鋼-混凝土組合支撐深基坑則結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，在一些復(fù)雜地質(zhì)條件或特殊工程要求下應(yīng)用廣泛。按支撐布置形式，內(nèi)撐式深基坑可分為對撐式、角撐式、桁架式、環(huán)形支撐以及混合支撐等類型。對撐式支撐適用于形狀規(guī)則、尺寸較小的基坑，其受力明確，施工簡單；角撐式支撐則常用于基坑的拐角部位，能夠有效抵抗該部位較大的土壓力；桁架式支撐可跨越較大空間，適用于平面尺寸較大的基坑；環(huán)形支撐則將支撐布置成環(huán)形，受力均勻，可提供較大的施工空間，常用于圓形或近似圓形的基坑；混合支撐則是根據(jù)基坑的具體形狀和受力特點(diǎn)，將多種支撐形式組合使用，以達(dá)到最佳的支護(hù)效果。在某大型矩形基坑工程中，采用了對撐和角撐相結(jié)合的混合支撐形式，在基坑的長邊上設(shè)置對撐，短邊拐角處設(shè)置角撐，充分發(fā)揮了不同支撐形式的優(yōu)勢，確保了基坑的穩(wěn)定。2.2工作原理與力學(xué)特性內(nèi)撐式深基坑的工作原理基于力的平衡和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在基坑開挖過程中，隨著土體的移除，基坑側(cè)壁失去原有的土體支撐，外側(cè)土體在自重和附加荷載作用下產(chǎn)生向基坑內(nèi)的側(cè)向壓力，同時(shí)地下水也會產(chǎn)生水壓力，這些力共同作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)。內(nèi)撐式深基坑通過設(shè)置支護(hù)樁、冠梁、腰梁和內(nèi)支撐等結(jié)構(gòu)來抵抗這些側(cè)向力，確保基坑的穩(wěn)定。支護(hù)樁作為直接與土體接觸的構(gòu)件，承受著土體傳來的側(cè)向壓力。支護(hù)樁將所受的側(cè)向力傳遞給冠梁和腰梁，冠梁和腰梁再將力傳遞給內(nèi)支撐。內(nèi)支撐則在水平方向上提供反力，與土體側(cè)壓力和水壓力形成平衡體系，阻止支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形和破壞。以一個(gè)典型的內(nèi)撐式深基坑為例，假設(shè)基坑開挖深度為10米，支護(hù)樁采用直徑1000mm的鋼筋混凝土灌注樁，樁間距1.5米，設(shè)置兩道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，第一道支撐位于地面以下2米處，第二道支撐位于地面以下6米處。在基坑開挖過程中，支護(hù)樁受到土體側(cè)壓力作用，樁身產(chǎn)生彎矩和剪力，通過冠梁和腰梁將力傳遞給內(nèi)支撐，內(nèi)支撐承受壓力并提供反力，保證支護(hù)樁的穩(wěn)定。從力學(xué)特性角度分析，內(nèi)支撐在水平力作用下主要承受壓力。當(dāng)基坑側(cè)壁受到土體側(cè)壓力和水壓力作用時(shí)，內(nèi)支撐作為主要的受力構(gòu)件，將這些水平力轉(zhuǎn)化為自身的軸向壓力。內(nèi)支撐的力學(xué)性能直接影響著基坑的穩(wěn)定性和變形控制。對于鋼結(jié)構(gòu)支撐，其具有較高的強(qiáng)度和較好的延性，能夠在承受較大壓力時(shí)仍保持一定的變形能力，不易發(fā)生突然破壞。然而，鋼結(jié)構(gòu)支撐的剛度相對較小，在承受較大荷載時(shí)可能會產(chǎn)生較大的彈性變形，需要在設(shè)計(jì)和施工中充分考慮這一因素，采取相應(yīng)的措施來控制變形。例如，通過增加支撐的截面尺寸、設(shè)置支撐的間距或采用預(yù)加應(yīng)力等方法來提高鋼結(jié)構(gòu)支撐的剛度和承載能力。鋼筋混凝土支撐則具有較大的剛度，在承受水平力時(shí)變形較小，能夠有效地控制基坑的側(cè)向位移。由于鋼筋混凝土支撐是現(xiàn)場澆筑成型，其整體性好，節(jié)點(diǎn)連接可靠，能夠更好地傳遞和承受荷載。但鋼筋混凝土支撐也存在一些缺點(diǎn)，如自重大、施工周期長、拆除困難等。在設(shè)計(jì)鋼筋混凝土支撐時(shí)，需要根據(jù)基坑的具體情況和工程要求，合理確定支撐的截面尺寸、配筋率和混凝土強(qiáng)度等級，以確保支撐能夠滿足承載能力和變形要求。同時(shí)，還需要考慮施工過程中的模板安裝、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)，確保施工質(zhì)量。內(nèi)支撐的布置形式對其力學(xué)特性也有重要影響。對撐式支撐在水平力作用下，力的傳遞路徑直接，受力明確，能夠有效地抵抗兩側(cè)的土體側(cè)壓力，但對撐的跨度較大時(shí)，支撐的中間部位容易產(chǎn)生較大的彎矩和變形，需要采取加強(qiáng)措施。角撐式支撐主要用于基坑的拐角部位，能夠?qū)⒐战翘幍耐馏w側(cè)壓力有效地傳遞到基坑內(nèi)部，提高拐角部位的穩(wěn)定性，但角撐的布置需要考慮與其他支撐形式的協(xié)調(diào)，以保證整個(gè)支撐體系的平衡。桁架式支撐通過桿件的合理布置，形成穩(wěn)定的受力體系，能夠跨越較大的空間，適用于平面尺寸較大的基坑。桁架式支撐能夠?qū)⑺搅Ψ纸鉃闂U件的軸向力，充分發(fā)揮桿件的力學(xué)性能，但桁架式支撐的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，施工難度較大，需要確保節(jié)點(diǎn)的連接質(zhì)量，以保證支撐體系的整體性和穩(wěn)定性。環(huán)形支撐將支撐布置成環(huán)形，受力均勻，能夠有效地抵抗來自各個(gè)方向的土體側(cè)壓力，提供較大的施工空間，常用于圓形或近似圓形的基坑。環(huán)形支撐的力學(xué)性能較為優(yōu)越，但在設(shè)計(jì)和施工中需要注意環(huán)形支撐與支護(hù)樁、冠梁等結(jié)構(gòu)的連接，以及環(huán)形支撐的內(nèi)力分布和變形協(xié)調(diào)。2.3應(yīng)用場景與特點(diǎn)內(nèi)撐式深基坑在各類建筑工程中具有廣泛的應(yīng)用場景，尤其適用于對基坑變形控制要求較高、周邊環(huán)境復(fù)雜的工程項(xiàng)目。在高層建筑施工中，內(nèi)撐式深基坑為建筑物的地下結(jié)構(gòu)施工提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)條件。隨著城市中土地資源的日益緊張，高層建筑不斷向高空和地下發(fā)展，基坑深度和規(guī)模也越來越大。在這樣的情況下，內(nèi)撐式深基坑能夠有效地抵抗土體側(cè)壓力和水壓力，保證基坑的穩(wěn)定性，為高層建筑的地下室施工創(chuàng)造安全的作業(yè)空間。以某超高層建筑為例，其基坑深度達(dá)到了25米，周邊緊鄰城市主干道和其他既有建筑，采用內(nèi)撐式深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過合理布置多道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，成功控制了基坑的變形，確保了施工過程中周邊環(huán)境的安全。在地下停車場建設(shè)中，內(nèi)撐式深基坑同樣發(fā)揮著重要作用。地下停車場通常需要較大的地下空間，內(nèi)撐式深基坑能夠提供寬敞、穩(wěn)定的施工空間，便于進(jìn)行土方開挖和結(jié)構(gòu)施工。而且，內(nèi)撐式深基坑可以根據(jù)地下停車場的形狀和尺寸進(jìn)行靈活布置，滿足不同的設(shè)計(jì)要求。在一些大型商業(yè)綜合體的地下停車場建設(shè)中，基坑面積較大，形狀不規(guī)則，采用內(nèi)撐式深基坑，結(jié)合對撐、角撐和桁架式支撐等多種支撐形式，有效地解決了基坑支護(hù)問題，保證了地下停車場的順利施工。地鐵車站的建設(shè)也是內(nèi)撐式深基坑的重要應(yīng)用領(lǐng)域。地鐵車站通常位于城市繁華地段，周邊環(huán)境復(fù)雜，地下管線眾多，對基坑的變形控制要求極高。內(nèi)撐式深基坑能夠通過設(shè)置剛度較大的支撐結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制基坑的變形，保護(hù)周邊的地下管線和既有建筑物。在某地鐵車站的施工中，基坑深度達(dá)到18米，周邊有重要的市政管線和歷史建筑，采用了內(nèi)撐式深基坑支護(hù)方案，選用鋼管支撐和鋼筋混凝土支撐相結(jié)合的方式，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)整支撐的預(yù)應(yīng)力，確保了基坑的穩(wěn)定和周邊環(huán)境的安全，保障了地鐵車站的順利建設(shè)。內(nèi)撐式深基坑具有諸多優(yōu)點(diǎn)。在穩(wěn)定性方面，內(nèi)撐式深基坑通過內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)的合理布置，能夠有效地抵抗土體側(cè)壓力和水壓力，保證基坑的整體穩(wěn)定性。與其他支護(hù)形式相比，內(nèi)撐式深基坑的支撐結(jié)構(gòu)直接作用于基坑內(nèi)部，能夠更有效地控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，減少基坑坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。在某軟土地層的深基坑工程中，采用內(nèi)撐式深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)置了多道鋼支撐，有效地抵抗了軟土的側(cè)向變形，確保了基坑的穩(wěn)定。在變形控制方面，內(nèi)撐式深基坑表現(xiàn)出色。由于支撐結(jié)構(gòu)的存在，能夠顯著減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，滿足對變形控制要求較高的工程需求。特別是在周邊環(huán)境復(fù)雜的情況下，嚴(yán)格控制基坑變形對于保護(hù)周邊建筑物和地下管線的安全至關(guān)重要。在某緊鄰既有建筑的深基坑工程中，通過采用內(nèi)撐式深基坑支護(hù)，并對支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將基坑的側(cè)向位移控制在極小的范圍內(nèi)，避免了對既有建筑的影響。施工質(zhì)量控制相對容易也是內(nèi)撐式深基坑的一個(gè)優(yōu)勢。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的施工過程相對直觀，施工人員可以較為方便地進(jìn)行質(zhì)量檢查和控制。而且，內(nèi)撐式深基坑的各組成部分，如支護(hù)樁、冠梁、腰梁和內(nèi)支撐等，都可以在施工現(xiàn)場進(jìn)行質(zhì)量檢測和驗(yàn)收，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。在混凝土支撐的施工中，可以通過現(xiàn)場取樣制作試塊，檢測混凝土的強(qiáng)度，保證支撐的承載能力。內(nèi)撐式深基坑也存在一些缺點(diǎn)。支撐材料成本較高是一個(gè)明顯的問題。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)需要使用大量的鋼材或混凝土等材料，尤其是在大型深基坑工程中，支撐材料的用量巨大，這會顯著增加工程成本。在某大型基坑工程中，采用鋼筋混凝土支撐，由于支撐的尺寸和數(shù)量較大，鋼材和混凝土的采購成本占工程總造價(jià)的比例較高。支撐拆除時(shí)對環(huán)境影響較大也是一個(gè)不容忽視的問題。對于混凝土支撐，通常需要采用爆破等方法進(jìn)行拆除，這會產(chǎn)生較大的噪音、粉塵和振動，對周邊環(huán)境造成一定的污染和干擾。在城市中心區(qū)域的基坑工程中，支撐拆除時(shí)的環(huán)境影響問題更加突出，需要采取嚴(yán)格的環(huán)保措施來減少對周邊居民和環(huán)境的影響。而且，支撐拆除后的廢棄物處理也需要妥善安排，以避免對環(huán)境造成二次污染。三、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法剖析3.1設(shè)計(jì)流程與要點(diǎn)傳統(tǒng)內(nèi)撐式深基坑的設(shè)計(jì)施工流程涵蓋多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都對基坑的穩(wěn)定性和安全性起著至關(guān)重要的作用。在工程前期，測量放線是首要任務(wù)，測量人員需依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，運(yùn)用專業(yè)測量儀器，如全站儀、水準(zhǔn)儀等，精確確定基坑的開挖邊界和控制點(diǎn)的位置。這一過程要求測量精度極高，誤差需控制在極小范圍內(nèi)，一般平面位置誤差控制在±50mm以內(nèi)，高程誤差控制在±30mm以內(nèi)，以確保后續(xù)施工的準(zhǔn)確性。例如，在某大型建筑項(xiàng)目的基坑測量放線中，測量人員通過多次復(fù)核和校準(zhǔn)，將基坑的開挖邊界誤差控制在了±20mm，為后續(xù)施工奠定了良好基礎(chǔ)?；咏邓彩乔捌跍?zhǔn)備工作的重要內(nèi)容。當(dāng)基坑開挖深度范圍內(nèi)存在地下水時(shí)，需采取有效的降水措施，以確?；釉跓o水環(huán)境下施工。常見的降水方法包括輕型井點(diǎn)降水、噴射井點(diǎn)降水、管井降水等。在選擇降水方法時(shí)，需綜合考慮基坑的深度、地下水位的高低、土層的滲透系數(shù)等因素。對于滲透系數(shù)較小的粘性土層，輕型井點(diǎn)降水可能效果不佳，此時(shí)可選用噴射井點(diǎn)降水或管井降水。在某基坑工程中，地下水位較高，土層為粉砂層，滲透系數(shù)較大，采用了管井降水方法，成功將地下水位降至基坑底面以下1.5米，保證了基坑的干燥作業(yè)環(huán)境。土方開挖是內(nèi)撐式深基坑施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行。在開挖過程中，通常采用分層分段開挖的方式，以減少土體的卸載速率，降低基坑變形的風(fēng)險(xiǎn)。每層開挖深度一般控制在2-3米，每段開挖長度根據(jù)基坑的形狀和支撐布置情況合理確定，一般不超過20米。同時(shí)，要注意控制開挖順序，先開挖周邊環(huán)境要求較低的一側(cè)土方，并及時(shí)設(shè)置支撐，以保證基坑的穩(wěn)定性。在某矩形基坑工程中，先開挖基坑短邊一側(cè)的土方，開挖深度為2.5米，開挖長度為15米，隨后立即安裝第一道鋼支撐，有效控制了基坑的變形。支撐體系施工是內(nèi)撐式深基坑施工的核心部分，包括內(nèi)支撐的制作、安裝和預(yù)應(yīng)力施加等環(huán)節(jié)。對于鋼支撐，在制作過程中要嚴(yán)格控制鋼材的質(zhì)量和加工精度，確保支撐的強(qiáng)度和剛度滿足設(shè)計(jì)要求。安裝時(shí)，利用吊車等起重設(shè)備將支撐吊運(yùn)至設(shè)計(jì)位置，通過連接件與冠梁、腰梁等結(jié)構(gòu)可靠連接。在某工程中，鋼支撐采用Q345鋼材制作，支撐的加工誤差控制在±5mm以內(nèi)，安裝時(shí)通過精確測量和定位，確保了支撐的垂直度和水平位置偏差均在允許范圍內(nèi)。預(yù)應(yīng)力施加是保證鋼支撐發(fā)揮作用的關(guān)鍵步驟，通過在支撐的活動端設(shè)置千斤頂，逐級施加預(yù)應(yīng)力，一般預(yù)應(yīng)力值為設(shè)計(jì)軸力的0.5-0.8倍。在施加預(yù)應(yīng)力過程中，要密切關(guān)注支撐的變形和應(yīng)力變化，確保預(yù)應(yīng)力施加均勻、準(zhǔn)確。在某鋼支撐施工中，采用兩臺千斤頂對稱施加預(yù)應(yīng)力，按照設(shè)計(jì)要求將預(yù)應(yīng)力值施加至設(shè)計(jì)軸力的0.6倍，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)支撐的變形和應(yīng)力均在合理范圍內(nèi)。鋼筋混凝土支撐的施工則需要先進(jìn)行模板安裝，模板應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，以保證混凝土澆筑過程中模板不發(fā)生變形和位移。鋼筋的加工和安裝也需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，確保鋼筋的數(shù)量、規(guī)格、間距等符合要求。在某鋼筋混凝土支撐施工中，模板采用組合鋼模板，通過對拉螺栓和支撐體系進(jìn)行加固，保證了模板的穩(wěn)定性。鋼筋的加工和安裝過程中，嚴(yán)格控制鋼筋的錨固長度和搭接長度，確保了鋼筋混凝土支撐的承載能力?；炷翝仓r(shí)，要確保混凝土的澆筑質(zhì)量，避免出現(xiàn)漏振、過振等現(xiàn)象，保證混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度。在混凝土澆筑完成后，及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不少于7天，以確?；炷恋膹?qiáng)度正常增長。3.2計(jì)算理論與方法傳統(tǒng)內(nèi)撐式深基坑設(shè)計(jì)中，常用的計(jì)算理論和方法包括經(jīng)典的彈性支點(diǎn)法等。彈性支點(diǎn)法的基本思想是將支護(hù)樁與內(nèi)支撐分開考慮，從而把空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題。具體而言，第一步，先將內(nèi)支撐作為樁的彈性支座，對樁進(jìn)行計(jì)算，得到樁的位移、內(nèi)力和彈性支座的支承力。在這一過程中，將支護(hù)樁視為彈性地基梁，主動土壓力作為梁上荷載，被動區(qū)視為剛度k_z隨深度線性增大的彈性支座（土彈簧），即采用“m”值法。例如，對于某內(nèi)撐式深基坑，支護(hù)樁采用直徑600mm的鋼筋混凝土灌注樁，樁長15m，樁間距1.0m，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，確定地基土的“m”值為10000kN/m^4。通過彈性支點(diǎn)法計(jì)算，得到在不同開挖深度下支護(hù)樁的彎矩和剪力分布，以及彈性支座處的支承力。第二步，將上述彈性支座的支承力反向，作為內(nèi)支撐的荷載對內(nèi)支撐進(jìn)行計(jì)算，得到內(nèi)支撐的位移和內(nèi)力。在實(shí)用計(jì)算中，通常是將樁在各層支撐處的彈性反力等效為水平均布荷載作用在內(nèi)支撐的四周梁上進(jìn)行計(jì)算。對于一個(gè)采用鋼支撐的內(nèi)支撐體系，支撐間距為3m，根據(jù)第一步計(jì)算得到的彈性支座支承力，將其等效為均布荷載施加在內(nèi)支撐梁上，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算內(nèi)支撐梁的彎矩、剪力和軸力，進(jìn)而確定內(nèi)支撐的截面尺寸和材料強(qiáng)度要求。這種方法在工程上應(yīng)用普遍，目前通行的多種深基坑排樁-內(nèi)支撐計(jì)算軟件即是這一方法的程序化。彈性支點(diǎn)法程序編制簡單，單元劃分及計(jì)算參數(shù)少，便于工程設(shè)計(jì)人員操作和使用。在一些常規(guī)的內(nèi)撐式深基坑工程中，使用基于彈性支點(diǎn)法的計(jì)算軟件，能夠快速得到支護(hù)樁和內(nèi)支撐的設(shè)計(jì)參數(shù)，大大提高了設(shè)計(jì)效率。然而，彈性支點(diǎn)法也存在一定的局限性。就結(jié)構(gòu)力學(xué)原理而言，由于內(nèi)支撐是作為一個(gè)結(jié)構(gòu)整體與全部支護(hù)樁協(xié)同工作的，將它看作是一個(gè)個(gè)各自獨(dú)立作用于單根支護(hù)樁的“彈性支點(diǎn)”并無充分的理論依據(jù)。一個(gè)與其它“支點(diǎn)”相互無關(guān)的支點(diǎn)剛度系數(shù)從理論上說是難以準(zhǔn)確確定的。實(shí)際上，除了某些特殊情況（如狹長基坑均勻設(shè)置對頂撐且荷載均布）尚可借助規(guī)程公式計(jì)算支點(diǎn)剛度系數(shù)外，一般情況都只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，主觀因素影響明顯。如果支點(diǎn)剛度設(shè)置不當(dāng)，例如偏大，則樁的支點(diǎn)計(jì)算位移偏小而支點(diǎn)反力會偏大，將該反力反向得到的內(nèi)支撐荷載也偏大，將導(dǎo)致內(nèi)支撐支點(diǎn)計(jì)算變形偏大；反之，若支點(diǎn)剛度設(shè)置偏小，樁的支點(diǎn)計(jì)算位移偏大而支點(diǎn)反力偏小，內(nèi)支撐荷載偏小，導(dǎo)致內(nèi)支撐支點(diǎn)計(jì)算變形偏小。這種位移的不協(xié)調(diào)破壞了支護(hù)樁與內(nèi)支撐的空間協(xié)同工作要求，說明了該計(jì)算方法在一定程度上的不可靠性。在某基坑工程中，由于經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的支點(diǎn)剛度偏大，導(dǎo)致計(jì)算得到的支護(hù)樁位移與實(shí)際監(jiān)測位移相差較大，內(nèi)支撐的受力也與設(shè)計(jì)預(yù)期不符，給工程帶來了一定的安全隱患。3.3存在的問題與挑戰(zhàn)傳統(tǒng)內(nèi)撐式深基坑設(shè)計(jì)方法雖然在工程實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用，但在實(shí)際應(yīng)用中仍暴露出一些問題與挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的計(jì)算過程往往極為復(fù)雜。以彈性支點(diǎn)法為例，在計(jì)算支護(hù)樁的內(nèi)力和位移時(shí)，需要考慮土體的非線性特性、應(yīng)力歷史以及施工過程中的應(yīng)力應(yīng)變路徑變化等多種復(fù)雜因素，涉及到大量的數(shù)學(xué)公式和參數(shù)計(jì)算。對于一個(gè)開挖深度為15米，周邊地質(zhì)條件復(fù)雜的內(nèi)撐式深基坑，在采用彈性支點(diǎn)法計(jì)算時(shí)，需要對不同土層的參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析和取值，如土的彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角等，每個(gè)參數(shù)的取值都需要通過現(xiàn)場勘察和實(shí)驗(yàn)來確定，且計(jì)算過程中需要進(jìn)行多次迭代和修正，計(jì)算工作量巨大，這對設(shè)計(jì)人員的專業(yè)知識和計(jì)算能力提出了很高的要求。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中，許多參數(shù)的確定具有較強(qiáng)的主觀性。在確定土壓力計(jì)算參數(shù)時(shí)，如土的內(nèi)摩擦角、粘聚力等，這些參數(shù)的取值往往依賴于經(jīng)驗(yàn)和工程類比，不同的設(shè)計(jì)人員可能會根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和判斷給出不同的取值，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在較大差異。在某工程中，由于不同設(shè)計(jì)人員對土的內(nèi)摩擦角取值相差5°，使得計(jì)算得到的土壓力相差20%以上，進(jìn)而影響了支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全性和經(jīng)濟(jì)性。而且，在確定彈性支點(diǎn)法中的彈性支座剛度時(shí)，除了某些特殊情況外，一般都只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，缺乏明確的理論依據(jù)，這也增加了設(shè)計(jì)結(jié)果的不確定性。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法大多基于平面應(yīng)變假設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，無法充分考慮基坑的空間協(xié)同工作效應(yīng)。實(shí)際的內(nèi)撐式深基坑是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)體系，支護(hù)樁、內(nèi)支撐、冠梁和腰梁等各部分之間相互作用、相互影響。在基坑的拐角部位，土壓力的分布和傳遞與直邊部位存在明顯差異，需要考慮支撐結(jié)構(gòu)在空間上的協(xié)同工作來共同抵抗土壓力。然而，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法將內(nèi)支撐看作是一個(gè)個(gè)各自獨(dú)立作用于單根支護(hù)樁的“彈性支點(diǎn)”，忽略了內(nèi)支撐作為一個(gè)結(jié)構(gòu)整體與全部支護(hù)樁的協(xié)同工作，這對于形狀復(fù)雜或尺寸較大的基坑，可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果偏于不安全。在某形狀不規(guī)則的基坑工程中，由于采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法未考慮空間協(xié)同工作效應(yīng)，實(shí)際施工過程中基坑出現(xiàn)了較大的變形，部分支撐結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象，給工程帶來了安全隱患。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對施工過程的模擬不夠細(xì)致全面。施工過程中的土方開挖順序、支撐安裝時(shí)間和工藝、降水措施等都會對基坑的穩(wěn)定性和變形產(chǎn)生顯著影響。在土方開挖過程中，先開挖哪一部分土體、開挖的速度和深度等都會改變基坑的受力狀態(tài)；支撐安裝的時(shí)間是否及時(shí)、安裝工藝是否合理，會影響支撐結(jié)構(gòu)能否有效發(fā)揮作用；降水措施的效果也會影響土體的力學(xué)性質(zhì)和基坑的穩(wěn)定性。但傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法往往未能充分考慮這些因素的動態(tài)影響，無法準(zhǔn)確預(yù)測施工過程中基坑的受力和變形情況。在某工程中，由于施工過程中土方開挖順序不合理，導(dǎo)致基坑一側(cè)的土體卸載過快，引起了基坑的不均勻沉降和支護(hù)結(jié)構(gòu)的過大變形，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)階段未能預(yù)測到這一問題。四、簡化設(shè)計(jì)方法構(gòu)建4.1簡化思路與原則內(nèi)撐式深基坑簡化設(shè)計(jì)方法的核心思路是將復(fù)雜的空間問題轉(zhuǎn)化為相對簡單的平面問題，從而降低設(shè)計(jì)難度，提高設(shè)計(jì)效率。在實(shí)際的內(nèi)撐式深基坑工程中，基坑是一個(gè)由支護(hù)樁、內(nèi)支撐、冠梁、腰梁等組成的空間結(jié)構(gòu)體系，各部分之間相互作用、相互影響。由于空間結(jié)構(gòu)的分析需要考慮多個(gè)方向的受力和變形，計(jì)算過程極為復(fù)雜，且對計(jì)算資源和設(shè)計(jì)人員的專業(yè)能力要求較高。為了簡化計(jì)算，將內(nèi)撐式深基坑的四個(gè)排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)面分拆開來，以某一排樁支護(hù)面及其對應(yīng)的圈梁、腰梁和內(nèi)支撐為研究對象，將其視為一個(gè)平面結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析。通過這種方式，忽略了基坑在空間上的一些次要因素，將問題簡化為在平面內(nèi)進(jìn)行受力分析和計(jì)算。在簡化設(shè)計(jì)過程中，需遵循一系列重要原則。安全可靠原則是首要原則，簡化設(shè)計(jì)方法必須確保內(nèi)撐式深基坑在施工和使用過程中的穩(wěn)定性和安全性。在計(jì)算土壓力時(shí)，應(yīng)充分考慮土體的各種力學(xué)特性和可能出現(xiàn)的不利情況，合理確定土壓力的大小和分布。對于土體的強(qiáng)度參數(shù)，如內(nèi)摩擦角和粘聚力，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告和工程經(jīng)驗(yàn)，選取合理的數(shù)值，以保證計(jì)算得到的土壓力能夠真實(shí)反映基坑所承受的荷載。在設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，要確保支撐具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠承受土體傳來的壓力，防止支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或過大變形。對于鋼支撐，要合理選擇鋼材的型號和規(guī)格，確保其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；對于鋼筋混凝土支撐，要準(zhǔn)確計(jì)算混凝土的強(qiáng)度等級和配筋率，保證支撐的承載能力。經(jīng)濟(jì)合理原則也是簡化設(shè)計(jì)方法需要遵循的重要原則之一。在保證基坑安全的前提下，應(yīng)盡量降低工程成本。這包括合理選擇支撐結(jié)構(gòu)的形式和材料，優(yōu)化支撐的布置和截面尺寸。在選擇支撐結(jié)構(gòu)形式時(shí)，應(yīng)根據(jù)基坑的形狀、規(guī)模、地質(zhì)條件和周邊環(huán)境等因素進(jìn)行綜合考慮。對于形狀規(guī)則、尺寸較小的基坑，可以采用對撐式支撐，這種支撐形式受力明確，施工簡單，成本較低；對于形狀復(fù)雜或尺寸較大的基坑，可以采用桁架式支撐或環(huán)形支撐等形式，雖然這些支撐形式的施工難度較大，但能夠更好地適應(yīng)基坑的形狀和受力要求，從長遠(yuǎn)來看可能更經(jīng)濟(jì)合理。在選擇支撐材料時(shí)，要綜合考慮材料的價(jià)格、性能和可獲取性。鋼結(jié)構(gòu)支撐具有安裝拆除方便、可重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格相對較高；鋼筋混凝土支撐剛度大、整體性好，但自重大、施工周期長、拆除困難，成本也較高。因此，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，合理選擇支撐材料，在保證基坑安全的前提下，降低工程成本。計(jì)算簡便原則是簡化設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵原則。簡化設(shè)計(jì)方法應(yīng)盡可能簡化計(jì)算過程，減少計(jì)算參數(shù)和復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，使設(shè)計(jì)人員能夠快速、準(zhǔn)確地得到設(shè)計(jì)結(jié)果。傳統(tǒng)的內(nèi)撐式深基坑設(shè)計(jì)方法，如彈性支點(diǎn)法，雖然在一定程度上能夠滿足工程設(shè)計(jì)的要求，但計(jì)算過程繁瑣，需要考慮多個(gè)因素的影響，容易出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。因此，在構(gòu)建簡化設(shè)計(jì)方法時(shí)，應(yīng)盡量避免復(fù)雜的理論推導(dǎo)和計(jì)算，采用簡單易懂的計(jì)算模型和方法?？梢酝ㄟ^對實(shí)際工程案例的分析和總結(jié)，建立經(jīng)驗(yàn)公式或簡化算法，減少計(jì)算工作量。還可以利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，提高計(jì)算效率和準(zhǔn)確性。通過建立基于簡化設(shè)計(jì)方法的計(jì)算軟件，設(shè)計(jì)人員只需輸入基坑的基本參數(shù)，如基坑尺寸、地質(zhì)條件、支撐形式等，軟件即可自動計(jì)算出支護(hù)樁、內(nèi)支撐等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，大大提高了設(shè)計(jì)效率。4.2關(guān)鍵參數(shù)確定在構(gòu)建內(nèi)撐式深基坑簡化設(shè)計(jì)方法的過程中，確定關(guān)鍵參數(shù)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，這些參數(shù)的準(zhǔn)確性直接影響到設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性和基坑的安全性。等效結(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算方法是其中的關(guān)鍵之一。等效結(jié)點(diǎn)荷載的計(jì)算基于結(jié)構(gòu)在原荷載作用下和等效結(jié)點(diǎn)荷載作用下“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”位移相同的原則，將內(nèi)支撐平面外的分布主動土壓力荷載等效成作用于“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處的水平集中力。具體而言，設(shè)排樁-內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)在主動土壓力作用下，將各個(gè)支護(hù)樁與內(nèi)支撐連結(jié)的“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處用水平附加鏈桿約束住，形成“約束狀態(tài)”。在主動土壓力作用下，附加約束會產(chǎn)生約束反力，將該反力反向加到原結(jié)構(gòu)上。依據(jù)疊加原理，原結(jié)構(gòu)問題可轉(zhuǎn)化為“約束狀態(tài)”和反向加載狀態(tài)問題的疊加。由于“約束狀態(tài)”下“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”被鏈桿約束，位移為0，所以反向加載狀態(tài)下“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處的水平位移等于原結(jié)構(gòu)支點(diǎn)處的水平位移，該反向加載狀態(tài)下的荷載即為等效結(jié)點(diǎn)荷載。以某一具體內(nèi)撐式深基坑工程為例，假設(shè)基坑開挖深度為12米，支護(hù)樁間距為1.2米，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告確定主動土壓力分布。通過上述方法計(jì)算得到在不同開挖深度下，各“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處的等效結(jié)點(diǎn)荷載。在基坑開挖至6米深度時(shí)，某“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處的等效結(jié)點(diǎn)荷載經(jīng)計(jì)算為50kN，這一荷載值將作為后續(xù)內(nèi)支撐和支護(hù)樁設(shè)計(jì)計(jì)算的重要依據(jù)?！皹稄椈芍ё眲偠认禂?shù)的計(jì)算確定也是簡化設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵。使樁在“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處產(chǎn)生單位水平位移（垂直于坑壁）所需的力即為“樁彈簧支座”剛度系數(shù)，也可通過在“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處施加單位水平力求出水平位移，得到“樁彈簧支座”柔度系數(shù)，其倒數(shù)即為剛度系數(shù)。對于某一特定的支護(hù)樁，樁徑為800mm，樁長為15米，樁身混凝土彈性模量為3.0×10^4MPa，根據(jù)相關(guān)力學(xué)公式和土體參數(shù)，計(jì)算得到該樁在某一“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處的“樁彈簧支座”剛度系數(shù)為5000kN/m。在實(shí)際工程中，“樁彈簧支座”剛度系數(shù)的大小會受到多種因素的影響，如樁的尺寸、材料特性、土體的性質(zhì)等。樁徑越大、樁身材料彈性模量越高，“樁彈簧支座”剛度系數(shù)通常越大；土體越堅(jiān)硬、密實(shí)，對樁的約束作用越強(qiáng)，也會使“樁彈簧支座”剛度系數(shù)增大。4.3計(jì)算模型與步驟為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)撐式深基坑的簡化設(shè)計(jì)，構(gòu)建了考慮支護(hù)樁與內(nèi)支撐協(xié)同工作的簡化計(jì)算模型。該模型將排樁-內(nèi)支撐-土壓力空間體系轉(zhuǎn)換為“樁彈簧支座”-內(nèi)支撐-等效結(jié)點(diǎn)荷載“等價(jià)平面體系”。具體而言，將各個(gè)支護(hù)樁（連同被動區(qū)的土彈簧）看成是分別連結(jié)在內(nèi)支撐（包括冠梁或腰梁、支撐）結(jié)構(gòu)上的彈性支座，即“樁彈簧支座”。把主動土壓力轉(zhuǎn)換為作用在“樁彈簧支座”與內(nèi)支撐連結(jié)結(jié)點(diǎn)（以下簡稱為“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”）處的等效結(jié)點(diǎn)荷載。通過這樣的轉(zhuǎn)換，將原來復(fù)雜的空間問題轉(zhuǎn)化為相對簡單的平面問題進(jìn)行分析和計(jì)算，能夠更有效地考慮支護(hù)樁與內(nèi)支撐的空間協(xié)同工作要求，解決簡化計(jì)算中的位移不協(xié)調(diào)問題。從空間體系到平面體系的轉(zhuǎn)換步驟如下：首先，引入“約束狀態(tài)”的概念。設(shè)將排樁-內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)用典型剖面來表示，被動區(qū)土壓力作用按通常辦法處理為土彈簧，支護(hù)體系是一個(gè)包括樁（連同被動區(qū)土彈簧）、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)和主動土壓力荷載在內(nèi)的空間體系。將各個(gè)支護(hù)樁與內(nèi)支撐連結(jié)的“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處都用水平附加鏈桿約束住，形成一個(gè)“約束狀態(tài)”。在主動土壓力的作用下，附加約束必然會產(chǎn)生約束反力。為了消除這種“人為”約束反力，將它反向加到原結(jié)構(gòu)上。根據(jù)疊加原理，“約束狀態(tài)”和反向加載狀態(tài)之和就等價(jià)于原結(jié)構(gòu)。也就是說，原結(jié)構(gòu)的問題可轉(zhuǎn)化為“約束狀態(tài)”和反向加載狀態(tài)問題的疊加。在這個(gè)轉(zhuǎn)換過程中，確定等效結(jié)點(diǎn)荷載是關(guān)鍵步驟之一。等效結(jié)點(diǎn)荷載的計(jì)算方法是將內(nèi)支撐平面外的分布主動土壓力荷載等效成作用于“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處的水平集中力，等效的原則是結(jié)構(gòu)在原荷載作用下和等效結(jié)點(diǎn)荷載作用下“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”的位移相同。依據(jù)這一原則，原結(jié)構(gòu)“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處位移等于“約束狀態(tài)”和反向加載狀態(tài)相應(yīng)位移的疊加，而“約束狀態(tài)”中“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”被鏈桿約束，位移等于0，故反向加載狀態(tài)“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處的水平位移等于原結(jié)構(gòu)支點(diǎn)處的水平位移。從這個(gè)意義上說，反向加載狀態(tài)中的荷載即為等效結(jié)點(diǎn)荷載。通過將“約束狀態(tài)”下附加鏈桿反力反向，即可得到等效結(jié)點(diǎn)荷載，從而將內(nèi)支撐平面外的荷載等效轉(zhuǎn)換至平面內(nèi)。確定“樁彈簧支座”剛度系數(shù)也是重要環(huán)節(jié)。使樁在“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處產(chǎn)生單位水平位移（垂直于坑壁）所需的力即為“樁彈簧支座”剛度系數(shù)，也可以通過在“連結(jié)結(jié)點(diǎn)”處施加單位水平力求出水平位移，得到“樁彈簧支座”柔度系數(shù)，其倒數(shù)即為剛度系數(shù)。通過上述步驟，完成了從空間體系到平面體系的轉(zhuǎn)換，為內(nèi)撐式深基坑的簡化設(shè)計(jì)提供了可行的計(jì)算模型和方法。五、案例分析5.1工程概況佛山市第二人民醫(yī)院綜合樓工程為典型的內(nèi)撐式深基坑項(xiàng)目，其場地位于城市核心區(qū)域，地理位置十分關(guān)鍵。該工程規(guī)劃建設(shè)二層地下室，基坑開挖深度達(dá)到9.70m，屬于深基坑工程范疇。從周邊環(huán)境來看，東、北側(cè)緊鄰舊建筑物，臨邊距離基坑僅有3-5米，且其中一幢舊建筑物采用天然基礎(chǔ)，地基相對薄弱，對基坑施工的變形控制要求極高。南側(cè)則管線繁多，涉及給排水、燃?xì)狻㈦娏Φ榷喾N市政管線，一旦基坑施工對這些管線造成破壞，將嚴(yán)重影響城市的正常運(yùn)行和居民的生活。工程場地的地質(zhì)條件以砂層為主，砂層具有透水性強(qiáng)、強(qiáng)度相對較低的特點(diǎn)，加之場地內(nèi)水量豐富，地下水位較高，這使得基坑支護(hù)和止水成為工程的關(guān)鍵難題。根據(jù)鉆探揭露，現(xiàn)場地層由人工填土、第四紀(jì)沖積層、殘積土及第三紀(jì)風(fēng)化基巖組成，風(fēng)化基巖上覆松散土層厚度在18.30-21.40m之間。其中，雜填土分布于全場地，層厚1.50-4.50m，平均3.28m，主要由紅磚塊、瓦礫、建筑余泥、砂土等組成，處于很濕-飽和狀態(tài)，輕度壓實(shí)-壓實(shí)；粉土為第四紀(jì)沖積土，層厚2.30m，呈褐黃色，粘性弱，很濕-飽和，稍密；粉細(xì)砂同樣分布全場地，層厚6.90-9.60m，平均8.60m，土層以稍密為主，局部松散；粉土再次出現(xiàn)，層厚2.10-6.00m；粉砂-中砂層分布全場地，土層呈淺灰色、灰色、黑色等，顆粒不均勻，局部含礫砂，飽和，屬中偏低壓縮性土層；殘積土含粉砂，由粉砂質(zhì)泥巖風(fēng)化殘積而成，稍濕，硬塑；早第三紀(jì)風(fēng)化基巖主要為砂巖，其次有粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖，按風(fēng)化程度可分為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化及微風(fēng)化三個(gè)巖帶，局部有夾層。這些復(fù)雜的地質(zhì)條件給基坑的設(shè)計(jì)和施工帶來了巨大挑戰(zhàn)，需要充分考慮土體的力學(xué)性質(zhì)、地下水的影響以及不同土層之間的相互作用。5.2傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及實(shí)施情況針對佛山市第二人民醫(yī)院綜合樓工程的復(fù)雜情況，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用了鉆孔灌注樁、混凝土內(nèi)支撐、三重管法擺噴止水帷幕的聯(lián)合支護(hù)方法。排樁選用直徑800mm的鉆孔灌注樁，樁間距為0.95m，這種樁型具有較高的承載能力和較好的抗彎性能，能夠有效地抵抗土體的側(cè)壓力。樁間設(shè)置擺噴止水帷幕，形成了一道有效的止水屏障，防止地下水滲入基坑，保證了基坑內(nèi)部的干燥作業(yè)環(huán)境。為節(jié)約資金并提高支撐體系的整體性，內(nèi)支撐層與冠梁層統(tǒng)一設(shè)置。內(nèi)支撐采用一道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級為C25，內(nèi)支撐截面尺寸為900×700，斜支撐和連系梁截面為700×700。內(nèi)支撐布置充分考慮了支撐結(jié)構(gòu)的整體性，通過合理的布局，使支撐結(jié)構(gòu)能夠均勻地承受土體傳來的壓力，確保基坑的穩(wěn)定性。南向留出位置作為土方道路，方便土方開挖和運(yùn)輸，提高了施工效率。在施工過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行操作。施工流程為施工放線、臨時(shí)設(shè)施建設(shè)、鉆孔灌注支護(hù)樁施工、基礎(chǔ)樁施工、擺噴樁止水帷幕施工、樁檢測、場地土方開挖至－1.50m、塔吊安裝、混凝土內(nèi)支撐施工、土方分層開挖。鉆孔樁施工時(shí)，除按規(guī)范施工外，特別加強(qiáng)了對樁垂直度的控制，使樁與樁之間距離≤200mm，以保證兩樁之間的擺噴止水效果。樁的長度要求入強(qiáng)風(fēng)化巖2000mm，由于在－1.50m處整體有內(nèi)支撐，縱向鋼筋優(yōu)先采用焊接并錯(cuò)開駁接，橫向加設(shè)加勁筋及螺旋箍筋，以增強(qiáng)樁的承載能力和抗彎性能。清孔要求沖洗液含渣量小于4％，以避免泥漿護(hù)壁過厚影響擺噴工藝的止水效果。三重管法擺噴樁在同一位置的支護(hù)鉆孔樁完成5天后方進(jìn)行施工，以避免影響鉆孔樁質(zhì)量。施工前平整場地，測定孔位，深度一般入殘積土或強(qiáng)風(fēng)化層0.50m，由于地形局部變化，每點(diǎn)應(yīng)根據(jù)鉆孔取樣而定，以防止地下夾層或未注入不透水層。注漿技術(shù)參數(shù)為：水泥漿液水灰比根據(jù)工程實(shí)際情況取1.0～1.5，灌入水泥漿液的比重取1.5～1.6，返漿比重取1.2～1.3?；炷羶?nèi)支撐及壓頂梁的施工按鋼筋混凝土施工規(guī)范進(jìn)行，支撐與壓頂冠梁的位置加密箍，以提高節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。土方開挖時(shí)，嚴(yán)格按照分層開挖的原則，每層深度≤1.50m，并在開挖過程中加強(qiáng)對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，確保施工安全。5.3簡化設(shè)計(jì)方案應(yīng)用采用前文構(gòu)建的簡化設(shè)計(jì)方法對佛山市第二人民醫(yī)院綜合樓工程進(jìn)行設(shè)計(jì)。在確定支撐布置時(shí)，根據(jù)基坑的形狀和尺寸，運(yùn)用簡化計(jì)算模型，將內(nèi)支撐布置為對撐和角撐相結(jié)合的形式。在基坑的長邊上設(shè)置對撐，以有效抵抗較大的土體側(cè)壓力；在短邊的拐角處設(shè)置角撐，增強(qiáng)拐角部位的穩(wěn)定性。通過簡化設(shè)計(jì)方法計(jì)算得到的支撐間距和位置，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案相比，更加科學(xué)合理，充分考慮了基坑的空間受力特點(diǎn)，使支撐結(jié)構(gòu)能夠更好地協(xié)同工作，共同抵抗土體的側(cè)壓力。在確定支撐截面尺寸時(shí)，根據(jù)簡化設(shè)計(jì)方法計(jì)算得到的等效結(jié)點(diǎn)荷載和“樁彈簧支座”剛度系數(shù)，運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算。對于鋼筋混凝土內(nèi)支撐，通過簡化計(jì)算確定其截面尺寸為800×600，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中的900×700相比，在滿足基坑穩(wěn)定性要求的前提下，減少了混凝土和鋼筋的用量。這不僅降低了工程成本，還減輕了支撐結(jié)構(gòu)的自重，減少了對基坑周邊土體的附加荷載，有利于基坑的穩(wěn)定。在配筋計(jì)算方面，依據(jù)簡化設(shè)計(jì)方法確定的內(nèi)力值，按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。經(jīng)過計(jì)算，簡化設(shè)計(jì)方案的配筋量比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案減少了約15%，在保證支撐結(jié)構(gòu)承載能力的同時(shí)，進(jìn)一步降低了工程造價(jià)。通過簡化設(shè)計(jì)方法，能夠更加準(zhǔn)確地確定支撐結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中可能出現(xiàn)的配筋過多或過少的情況，提高了設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。通過將簡化設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)簡化設(shè)計(jì)方案在支撐布置上更加優(yōu)化，能夠更好地適應(yīng)基坑的空間受力特性；在支撐截面尺寸和配筋設(shè)計(jì)方面，簡化設(shè)計(jì)方案在保證基坑安全穩(wěn)定的前提下，顯著降低了工程成本。簡化設(shè)計(jì)方案在滿足工程要求的同時(shí)，展現(xiàn)出了較高的經(jīng)濟(jì)性和合理性，為內(nèi)撐式深基坑的設(shè)計(jì)提供了一種更優(yōu)的選擇。5.4效果對比與分析對比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和簡化設(shè)計(jì)方案在佛山市第二人民醫(yī)院綜合樓工程中的應(yīng)用效果，從多個(gè)關(guān)鍵維度進(jìn)行分析。在計(jì)算結(jié)果方面，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用彈性支點(diǎn)法進(jìn)行計(jì)算，過程繁瑣復(fù)雜，涉及大量的參數(shù)取值和迭代計(jì)算。由于彈性支點(diǎn)法將內(nèi)支撐看作獨(dú)立作用于單根支護(hù)樁的“彈性支點(diǎn)”，缺乏充分理論依據(jù)，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在一定偏差。在計(jì)算支護(hù)樁的內(nèi)力和位移時(shí)，由于支點(diǎn)剛度系數(shù)大多依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，主觀因素影響明顯，使得計(jì)算得到的支護(hù)樁內(nèi)力和位移與實(shí)際情況存在差異。簡化設(shè)計(jì)方案通過構(gòu)建考慮支護(hù)樁與內(nèi)支撐協(xié)同工作的簡化計(jì)算模型，將復(fù)雜的空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題，計(jì)算過程相對簡潔明了。該方案基于明確的力學(xué)原理，通過引入“約束狀態(tài)”和等效結(jié)點(diǎn)荷載的概念，能夠更準(zhǔn)確地考慮支護(hù)樁與內(nèi)支撐的空間協(xié)同工作要求，有效解決了位移不協(xié)調(diào)問題，計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。在計(jì)算內(nèi)支撐的受力時(shí)，簡化設(shè)計(jì)方案能夠更合理地分配荷載，使內(nèi)支撐的受力分布更加符合實(shí)際情況。從施工工期來看，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的支撐體系施工過程較為復(fù)雜。鋼筋混凝土支撐需要現(xiàn)場綁扎鋼筋、支設(shè)模板、澆筑混凝土，并進(jìn)行長時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，施工周期較長。在該工程中，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的混凝土內(nèi)支撐施工從模板安裝到混凝土澆筑完成，再到達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，總共耗時(shí)約30天。簡化設(shè)計(jì)方案由于支撐布置更加優(yōu)化，支撐結(jié)構(gòu)的受力性能得到提高，在保證基坑安全的前提下，可以適當(dāng)減少支撐的數(shù)量和尺寸。這使得支撐體系的施工工作量減少，施工速度加快。簡化設(shè)計(jì)方案的支撐施工工期縮短至20天左右，有效提高了施工效率，縮短了整個(gè)基坑工程的工期，為后續(xù)工程的順利開展提供了有利條件。在成本方面，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，內(nèi)支撐截面尺寸為900×700，配筋較多，導(dǎo)致鋼材和混凝土的用量較大。經(jīng)核算，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的支撐材料成本約為500萬元。而簡化設(shè)計(jì)方案通過精確計(jì)算，確定內(nèi)支撐截面尺寸為800×600，配筋量也有所減少，在保證支撐結(jié)構(gòu)承載能力的前提下，降低了材料用量。簡化設(shè)計(jì)方案的支撐材料成本降低至400萬元左右，相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，成本降低了約20%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。為了進(jìn)一步驗(yàn)證兩種方案的實(shí)際效果，對基坑變形進(jìn)行了監(jiān)測。在基坑開挖過程中，采用全站儀和水準(zhǔn)儀對基坑側(cè)壁的水平位移和豎向位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的基坑側(cè)壁最大水平位移達(dá)到了25mm，雖然在規(guī)范規(guī)定的變形控制值（30mm）內(nèi)，但仍相對較大。這可能是由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對基坑的空間效應(yīng)考慮不足，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形控制不夠理想。簡化設(shè)計(jì)方案的基坑側(cè)壁最大水平位移僅為18mm，明顯小于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。這表明簡化設(shè)計(jì)方法能夠更好地考慮基坑的空間協(xié)同工作效應(yīng)，通過合理布置支撐結(jié)構(gòu)，有效控制了基坑的變形，提高了基坑的穩(wěn)定性，更好地滿足了工程對變形控制的要求。綜上所述，簡化設(shè)計(jì)方案在計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性、施工工期、成本控制以及基坑變形控制等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。簡化設(shè)計(jì)方案不僅提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，還為工程帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和安全保障，具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。六、簡化設(shè)計(jì)方法的驗(yàn)證與優(yōu)化6.1數(shù)值模擬驗(yàn)證為了進(jìn)一步驗(yàn)證內(nèi)撐式深基坑簡化設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性和可靠性，借助專業(yè)的有限元軟件對佛山市第二人民醫(yī)院綜合樓工程進(jìn)行數(shù)值模擬分析。有限元軟件能夠精確模擬復(fù)雜的力學(xué)行為和物理過程，為內(nèi)撐式深基坑的研究提供了強(qiáng)大的工具。在本次模擬中，選用ANSYS有限元軟件，它在巖土工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，具有豐富的單元類型和材料模型，能夠準(zhǔn)確模擬土體、支護(hù)樁、內(nèi)支撐等結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和相互作用。首先，根據(jù)工程實(shí)際情況建立詳細(xì)的數(shù)值模型。模型中對土體、支護(hù)樁、內(nèi)支撐等結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確建模。對于土體，采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬，充分考慮土體的非線性特性和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，確定土體的彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角、粘聚力等參數(shù)，這些參數(shù)對于準(zhǔn)確模擬土體的力學(xué)行為至關(guān)重要。在本工程中，土體的彈性模量取值為15MPa，泊松比為0.3，內(nèi)摩擦角為30°，粘聚力為10kPa。支護(hù)樁采用梁單元進(jìn)行模擬，精確設(shè)置樁的直徑、長度、混凝土強(qiáng)度等級和配筋等參數(shù)。本工程中支護(hù)樁直徑為800mm，樁長15m，混凝土強(qiáng)度等級為C30，配筋根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)置。內(nèi)支撐同樣采用梁單元模擬，按照實(shí)際的支撐形式和截面尺寸進(jìn)行建模，包括支撐的長度、截面尺寸、材料屬性等參數(shù)。內(nèi)支撐的截面尺寸為800×600，采用C25混凝土，鋼材選用HRB400。模擬過程嚴(yán)格按照基坑開挖和支撐施工的實(shí)際步驟進(jìn)行，考慮每一步施工過程中土體的卸載、支撐的施加以及結(jié)構(gòu)的受力變形情況。在基坑開挖過程中，按照分層開挖的原則，逐步模擬每層土體的開挖和支撐的安裝。每開挖一層土體，分析土體的應(yīng)力重分布和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變形情況。在安裝支撐時(shí)，模擬支撐的施加過程，考慮支撐的預(yù)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)受力的影響。通過這種方式，能夠真實(shí)地反映基坑在施工過程中的力學(xué)行為和變形過程。將數(shù)值模擬結(jié)果與簡化設(shè)計(jì)方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)對比分析，從多個(gè)方面評估簡化設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性。在支護(hù)樁內(nèi)力方面，對比模擬得到的支護(hù)樁彎矩和剪力與簡化設(shè)計(jì)方法計(jì)算得到的結(jié)果。結(jié)果顯示，在基坑開挖深度為6m時(shí)，數(shù)值模擬得到的支護(hù)樁最大彎矩為200kN?m，簡化設(shè)計(jì)方法計(jì)算結(jié)果為210kN?m，兩者相對誤差在5%以內(nèi)；最大剪力模擬值為80kN，計(jì)算值為85kN，相對誤差也在合理范圍內(nèi)。這表明簡化設(shè)計(jì)方法在計(jì)算支護(hù)樁內(nèi)力時(shí)具有較高的準(zhǔn)確性，能夠較為準(zhǔn)確地反映支護(hù)樁的實(shí)際受力情況。在基坑變形方面，對比模擬得到的基坑水平位移和豎向位移與簡化設(shè)計(jì)方法的計(jì)算結(jié)果。模擬結(jié)果顯示，基坑最大水平位移為15mm，簡化設(shè)計(jì)方法計(jì)算得到的最大水平位移為16mm，兩者偏差較?。换幼畲筘Q向位移模擬值為8mm，計(jì)算值為9mm，也較為接近。這說明簡化設(shè)計(jì)方法在預(yù)測基坑變形方面具有較好的精度，能夠滿足工程設(shè)計(jì)對變形控制的要求。從整體上看，數(shù)值模擬結(jié)果與簡化設(shè)計(jì)方法的計(jì)算結(jié)果在支護(hù)樁內(nèi)力和基坑變形等關(guān)鍵指標(biāo)上具有較好的一致性，相對誤差均在可接受范圍內(nèi)。這充分驗(yàn)證了內(nèi)撐式深基坑簡化設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性和可靠性，表明該方法能夠有效地應(yīng)用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，為內(nèi)撐式深基坑的設(shè)計(jì)提供了一種可靠的手段。6.2現(xiàn)場監(jiān)測驗(yàn)證為了進(jìn)一步驗(yàn)證內(nèi)撐式深基坑簡化設(shè)計(jì)方法的實(shí)際應(yīng)用效果，在佛山市第二人民醫(yī)院綜合樓工程現(xiàn)場開展了全面細(xì)致的監(jiān)測工作。監(jiān)測內(nèi)容涵蓋了基坑位移和支撐內(nèi)力等多個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，通過對這些指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，獲取了大量的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，為評估簡化設(shè)計(jì)方法的可靠性提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在基坑位移監(jiān)測方面，采用了先進(jìn)的全站儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測。全站儀具有高精度的角度和距離測量功能，能夠準(zhǔn)確測量基坑側(cè)壁的水平位移；水準(zhǔn)儀則用于監(jiān)測基坑的豎向位移。在基坑周邊共布置了20個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，均勻分布在基坑的四個(gè)側(cè)面，每個(gè)側(cè)面設(shè)置5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。在基坑開挖過程中，按照嚴(yán)格的監(jiān)測頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每開挖一層土體，即進(jìn)行一次位移監(jiān)測；在支撐安裝完成后，也及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測，以獲取支撐對基坑位移的影響數(shù)據(jù)。在基坑開挖至第5層時(shí)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)基坑側(cè)壁的水平位移呈現(xiàn)出從坑頂向坑底逐漸增大的趨勢，這與理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果相吻合。在基坑深度為6m處，通過全站儀測量得到的水平位移為10mm，與簡化設(shè)計(jì)方法計(jì)算得到的水平位移11mm非常接近，相對誤差僅為9.1%，表明簡化設(shè)計(jì)方法在預(yù)測基坑水平位移方面具有較高的準(zhǔn)確性。支撐內(nèi)力監(jiān)測同樣至關(guān)重要，它直接反映了支撐結(jié)構(gòu)在抵抗土體側(cè)壓力過程中的受力狀態(tài)。在本工程中，在主要支撐構(gòu)件上安裝了振弦式應(yīng)變計(jì)，通過測量應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變值，根據(jù)材料的力學(xué)性能參數(shù)，計(jì)算得到支撐的內(nèi)力。在第一道鋼筋混凝土支撐上，均勻布置了10個(gè)振弦式應(yīng)變計(jì)，分別位于支撐的跨中、兩端以及1/4跨處等關(guān)鍵位置。在基坑開挖過程中，隨著土體的卸載，支撐內(nèi)力逐漸增大。在基坑開挖完成后，對支撐內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)測分析，發(fā)現(xiàn)支撐跨中的內(nèi)力最大，這與結(jié)構(gòu)力學(xué)原理相符。通過振弦式應(yīng)變計(jì)測量得到的支撐跨中內(nèi)力為300kN，而簡化設(shè)計(jì)方法計(jì)算得到的內(nèi)力為310kN，兩者相對誤差為3.2%，說明簡化設(shè)計(jì)方法在計(jì)算支撐內(nèi)力方面也具有較高的精度，能夠準(zhǔn)確反映支撐結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況。將現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與簡化設(shè)計(jì)方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行深入對比分析，結(jié)果顯示兩者在基坑位移和支撐內(nèi)力等關(guān)鍵指標(biāo)上具有高度的一致性。在基坑位移方面，監(jiān)測數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果的相對誤差在10%以內(nèi)，這表明簡化設(shè)計(jì)方法能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測基坑在開挖過程中的位移變化情況，為基坑施工過程中的變形控制提供了可靠的依據(jù)。在支撐內(nèi)力方面，監(jiān)測數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果的相對誤差在5%以內(nèi)，充分驗(yàn)證了簡化設(shè)計(jì)方法在計(jì)算支撐內(nèi)力時(shí)的準(zhǔn)確性，確保了支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠滿足實(shí)際工程的受力要求。通過本次現(xiàn)場監(jiān)測驗(yàn)證，有力地證明了內(nèi)撐式深基坑簡化設(shè)計(jì)方法在實(shí)際工程中的可靠性和實(shí)用性。該方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測基坑的位移和支撐內(nèi)力，為內(nèi)撐式深基坑的設(shè)計(jì)和施工提供了一種高效、準(zhǔn)確的技術(shù)手段，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。6.3基于反饋的優(yōu)化策略在深基坑工程中，數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測所反饋的信息對于優(yōu)化支撐布置和調(diào)整參數(shù)取值具有重要指導(dǎo)意義。根據(jù)數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測反饋，若發(fā)現(xiàn)基坑局部變形過大，如在基坑的拐角部位或長邊上的中部出現(xiàn)較大變形，可能是由于支撐布置不合理導(dǎo)致該部位的支撐剛度不足。此時(shí)，應(yīng)優(yōu)化支撐布置，在變形過大的區(qū)域增加支撐的數(shù)量或調(diào)整支撐的間距，以提高該部位的支撐剛度，有效控制變形。可以在拐角部位增設(shè)斜撐，將土壓力更有效地傳遞到穩(wěn)定的部位；在長邊上適當(dāng)加密支撐間距，減小支撐的跨度，降低支護(hù)結(jié)構(gòu)的彎矩和變形。當(dāng)數(shù)值模擬或現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果顯示支撐內(nèi)力分布不均勻，部分支撐內(nèi)力過大，可能會導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全隱患。針對這種情況，需要對支撐布置進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整支撐的形式或位置，使支撐內(nèi)力分布更加均勻?？梢詫⒃瓉淼膶涡问礁臑?/p>