摘  要:总结了国内众多基坑规范在基坑支护计算相关规定上存在的差异，以某地铁车站基坑为例，通过同济启明星和北京理正基坑软件分别计算了不同规范条件下围护结构变形及内力值，并进行了比较分析，以指导今后基坑工程设计施工过程中合理选用计算软件。

关键词:基坑工程，弹性支点法，基坑规范，FRWS

 

      20 世纪 80 年代以来，我国经济建设飞速发展，随着城市化进程的进一步加深，城市用地早已寸土寸金，开发大型地下空间已成为各大城市发展的必然方向。大规模的地下工程建设都将面临深基坑工程。据统计，深基坑工程事故发生率占基坑总量 10%以上，在高地下水位的软土地区甚至可达 30%，可见基坑工程的设计和施工还有待我们进一步深入研究^［1］。

 

      在基坑工程计算方法和手段方面，主要有静力平衡法、等值梁法、弹性支点法及连续介质有限元法。对于深基坑板式支护体系，相关规范均建议采用弹性支点法计算围护结构的内力和变形。弹性支点法假定支护结构为平面应变问题，将围护结构看作一竖向放置的弹性地基梁，基坑开挖面以下土体采用弹簧模拟，外侧土体用已知的水土压力模拟。

      目前国内较成熟的深基坑计算程序有同济启明星深基坑分析计算软件 FRWS 和北京理正深基坑支护结构设计软件。

 

      目前我国关于基坑支护工程规范主要有: 全国性规范，如国家行业标准 JGJ 120-99 建筑基坑支护技术规程、原冶金部行业标准 YB 9258-97 建筑基坑支护技术规范和国家标准 GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范等。地方性标准，具代表性的有上海市标准 DG/TJ 08-61-2010 基坑工程技术规范、北京市标准 DB 11/489-2007 建筑基坑支护技术规程、广东省标准 DBJ / T 15-20-97 建筑基坑支护工程技术规程和湖北省标准 DB 42/159-2004 基坑工程技术规程等。

      从弹性支点法的计算原理可知，基坑板式支护计算结果主要与水土压力荷载计算以及土体弹簧参数选取有关，而纵观以上基坑工程规范或规程，不难发现它们对这两点的规定不尽相同:

      1) 水土压力的计算根据采用总应力法还是有效应力法可以分为水土合算和水土分算两种计算方法。主动侧土压力分布模式主要有三角形和矩形两种( 见图 1) 。各规范或规程的相关规定存在差别( 见表 1) 。2) 在地基土水平抗力系数的比例系数 m的取值问题上，JGJ 120-99 建筑基坑支护技术规程规定该比例系数应根据单桩的水平荷载试验结果确定，在没有试验或缺少当地经验时，可用经验公式计算，其中，c_k，φ_k分别为土的固结不排水快剪内摩擦角和粘聚力; Δ 为基坑底面处的位移量，按地区经验取值，无经验时可取10 mm。该经验公式在岩石地层计算出的 m 值偏小，湖北省地方标准 DB 42/159-2004 在该经验公式前乘以一个经验系数进行修正处理。另外 JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范和上海市地方标准 DG / TJ 08-61-2010 都给出了不同土体的 m 值经验取值。因此可以看出，对土体弹簧的模拟参数的选取，在很大程度上依赖于当地工程经验。

      为探讨各规范规程及计算软件对板式支护体系设计计算结果的影响，现以大连地区某地铁车站为例计算说明。

 

      该地铁车站为双层岛式站，车站中心里程覆土厚度约 3． 89 m，地面标高 +28． 0 m，基坑深约17 m。车站总长167． 4 m，标准段宽18． 5 m。基坑标准段围护结构采用Ф1 000@1 400 钻孔灌注桩，竖向设置三道钢支撑(Ф609，t =14) 。

      根据地质勘察报告，本场地揭露的地层自上而下依次为: 上覆第四系人工堆积层() 、第四系中更新统冰碛层( ) 、下伏震旦系五行山群甘井子组白云质灰岩( Z_whg) 。各土层分布及参数见表 2。

      采用弹性支点法计算围护结构的内力和变形。考虑地表均布超载 20 kPa。第一、二、三道撑分别预加300 kN，600 kN，500 kN轴力。基坑工程土方主要开挖步骤: 第一步开挖至高程 26． 46 m，施作第一道支撑; 第二步开挖至高程 20． 46 m，施作第二道支撑; 第三步开挖至高程15．46 m，施作第三道支撑; 第四步开挖至坑底。

      对各基坑规范对比研究可知，在材料计算参数选取一定的条件下，板式支护结构计算结果主要与水土压力合分算以及主动土压力计算模式有关。本次计算选取具代表性的国家行业标准 JGJ120-99 建筑基坑支护技术规程和原冶金部行业标准 YB 9258-97建筑基坑支护技术规范进行对比研究。具体计算工况见表 3。

      分别利用同济启明星深基坑分析计算软件 FRWS 7． 0 及北京理正深基坑支护结构设计软件 6． 0 进行计算。采用国家行业标准 JGJ 120-99 的围护结构内力及变形包络图见图 2，图 3。可见，不同软件计算结果在规律上基本一致，但数值上有差异。

      各工况计算结果见表 4。由表 4 不难看出:

      1) 理正计算结果较启明星结果偏大。同样为国家行业标准JGJ 120-99，围护桩侧移计算值相差达 20% ，二者支护结构弯矩相差达 24%; 而对于原冶金部行业标准 YB 9258-97，二者围护桩侧移计算结果相差 2%，支护结构弯矩相差达 18%。

      2 ) 同一计算软件采用不同规范计算，围护结构侧移计算结果相差较大，如启明星两规范计算结果相差 12%。围护结构内力结果相差较小，最大差值在 3% 内。这主要是由于主动侧开挖面以下土压力模式不一样，因此也主要影响开挖面附近的围护变形。

      3) 需要注意的是，以上围护结构内力为计算标准值，对构件承载力核算时需在标准值基础上乘以相应的分项系数。各规范对荷载分项系数的计算规定也不尽相同，见表 5。

      目前基坑工程设计还处于半经验、半理论阶段，而全国性规范和地方标准在计算原理和参数取值方面不尽相同，不同基坑商业软件的计算结果也不完全一样，甚至有较大的差别。工程师在设计过程中，应充分了解各规范的差异及适用条件，因地制宜地选取合适的材料参数和简化模型。

 

［1］ 刘国彬，王卫东． 基坑工程手册［M］． 第 2 版． 北京: 中国建筑工业出版社，2009．

［2］ JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程［S］．

［3］ YB 9258-97，建筑基坑支护技术规范［S］．

［4］ DG/TJ 08-61-2010，基坑工程技术规范［S］．

［5］ DB 11/489-2007，建筑基坑支护技术规程［S］．

［6］ DB 42/159-2004，基坑工程技术规程［S］．