张四国

(天津市市政工程设计研究院，天津市 300051)

0 前言

随着城市建设的发展，基坑工程不断涌现。内支撑支护体系在深基坑工程中有着广泛的应用。支护结构虽多为临时结构，但其在工程造价中往往占有相当的比重。以市政工程中常见的地道深基坑为例，支护结构一般可以占到工程造价的1/3甚至更多。因此，在确保工程安全的前提下，进行支护结构的优化设计具有十分重要的经济意义。本文以一种常见的内支撑支护体系——单排桩+钢管撑为研究对象，进行支护结构的优化设计研究。

1 设计理论与方法

目前，关于基坑支护设计的理论与计算方法主要有极限平衡法、土抗力法和有限元法。其中，土抗力法中的弹性支点法(全称弹性地基杆系有限元单元法)[1]应用最为广泛，综合效果最好。

1.1 弹性支点法

弹性支点法采用土的线弹性本构关系。其计算原理是建立支护结构的杆系有限元模型，按朗金土压力理论计算主动土压力，即式（1），并将其作用于基坑外侧开挖面以上的支护结构；基坑开挖面以下的土体用土弹簧模拟(见图1)，土弹簧的刚度系数k采用“m”法计算得到。

k=C×a×b （1）

C=m×z （2）式（1）、（2）中：C——地基土的水平基床系数，kN/m3；

m——地基土的水平基床系数的比例系数，kN/m3；z——计算深度，m；

a、b——与单元有关的参数。

1.2 考虑非线性作用的弹性支点法

上述1.1节中，开挖面以下各土层的土压力与支护结构的水平位移成线性关系，即m值为一常数，这与事实不符[2]。为更接近实际情况，考虑土的非线性作用，引入与支护结构水平位移相关的m值表述式[3]：