支護(hù)樁與地下主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的永久支護(hù)結(jié)構(gòu)

李連祥+劉兵+李先軍

摘要：為研究基坑支護(hù)樁在永久工況下的使用價(jià)值，對(duì)濟(jì)南市某基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行永久化設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)置支撐構(gòu)件將支護(hù)樁與地下主體結(jié)構(gòu)相連，形成共同抵抗坑外側(cè)向土壓力的永久支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，借助PLAXIS-3D有限元軟件對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行全工況模擬。結(jié)果表明：永久支護(hù)結(jié)構(gòu)可有效減小地下室外墻土壓力，基坑外側(cè)土壓力主要由支護(hù)樁承擔(dān)，地下室外墻只承擔(dān)少量回填土體的側(cè)土壓力，只需按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)；換撐之后，樁身彎矩和基坑外地表沉降均有明顯增加，對(duì)支護(hù)樁受力和周邊建筑環(huán)境均產(chǎn)生不利的影響，對(duì)支護(hù)樁設(shè)計(jì)提出更高要求；裂縫計(jì)算結(jié)果顯示支護(hù)樁滿(mǎn)足現(xiàn)有規(guī)范對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的要求，為永久支護(hù)結(jié)構(gòu)的推廣奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：基坑；樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)；永久支護(hù)結(jié)構(gòu)；耐久性

中圖分類(lèi)號(hào)：TU443 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-2049（2017）02-0119-08

Abstract：In order to study the application value of foundation pit support piles under permanent working conditions， a permanent design was made for a pile-anchor retaining structure in Jinan. The permanent supporting structure system was formed by the connection of supporting piles and the underground structure through the supporting members， which resisted the lateral pressure of foundation pit. Finite element simulation software PLAXIS-3D was carried out for each working condition of the structure. The results show that the permanent supporting structure can effectively reduce the stress on the basement exterior wall. Most of the soil pressure is born by the supporting piles. The basement walls only burden earth lateral pressure produced by backfill soil， so its design just needs to meet the construction requirement. After changing the support， the bending moment of the piles and the ground settlement around foundation pit are largely increased， thus the supporting piles and surrounding are adversely affected and supporting piles design needs to meet higher requirements. Crack calculation results show that the permanent supporting structure meets the existing specifications for durability of concrete structure， and affords the foundation of the extension of permanent supporting structure.

Key words：foundation pit； pile-anchor retaining structure； permanent supporting structure； durability

0引 言

基坑支護(hù)工程是為保證地下結(jié)構(gòu)順利施工和保證周邊環(huán)境安全而建造，隨著城市的發(fā)展，地下結(jié)構(gòu)層數(shù)不斷增加，與之相對(duì)應(yīng)的基坑深度也不斷增大，擋墻式基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)得到大量應(yīng)用?，F(xiàn)階段基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)一般視為臨時(shí)性施工措施，包括地下室、地下車(chē)庫(kù)在內(nèi)的主體結(jié)構(gòu)地下部分為永久結(jié)構(gòu)，在主體施工完畢基坑回填后，基坑臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)被遺棄地下，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，不利于城市地下空間的可持續(xù)發(fā)展[1-3]。

將基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于建筑地下主體結(jié)構(gòu)建設(shè)的研究較少，王衛(wèi)東等[4-5]提出主體結(jié)構(gòu)與支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的基坑支護(hù)技術(shù)，并借助工程對(duì)軟土地區(qū)的“兩墻合一”和“樁墻合一”支護(hù)做法做了相應(yīng)的理論研究和技術(shù)應(yīng)用，對(duì)于充分發(fā)揮支護(hù)結(jié)構(gòu)的永久價(jià)值和實(shí)現(xiàn)工程的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。在非軟土地區(qū)，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑支護(hù)工程中應(yīng)用廣泛，基于樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的永久支護(hù)結(jié)構(gòu)是借助地下梁板構(gòu)件的水平剛度無(wú)限大，通過(guò)梁板的水平延伸實(shí)現(xiàn)支護(hù)樁與地下主體結(jié)構(gòu)相連，形成支護(hù)樁、支撐、地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合，為支護(hù)結(jié)構(gòu)永久化提供一種簡(jiǎn)單可行的方法。

對(duì)濟(jì)南市西客站片區(qū)某基坑工程進(jìn)行樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的永久化設(shè)計(jì)，通過(guò)全工況的PLAXIS-3D有限元模擬和數(shù)值計(jì)算，對(duì)永久支護(hù)結(jié)構(gòu)在臨時(shí)支護(hù)工況和正常使用工況下的內(nèi)力和變形做了分析，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)永久化過(guò)程中遇到的問(wèn)題做了探討。

1永久支護(hù)結(jié)構(gòu)

1.1永久支護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

永久支護(hù)結(jié)構(gòu)是基坑支護(hù)工程發(fā)展的重要方向，它在傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變地下結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變支護(hù)結(jié)構(gòu)在工程中的“臨時(shí)性施工措施”角色，讓支護(hù)結(jié)構(gòu)作為地下主體結(jié)構(gòu)一部分永久發(fā)揮作用。永久支護(hù)結(jié)構(gòu)包含多種形式，基于樁錨支護(hù)的永久支護(hù)結(jié)構(gòu)是通過(guò)支撐構(gòu)件將支護(hù)樁和地下室水平結(jié)構(gòu)連接而成。

基坑永久支護(hù)結(jié)構(gòu)體系包括臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下主體結(jié)構(gòu)和連接構(gòu)件三部分（圖1），臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)采用樁錨支護(hù)，樁為混凝土灌注樁，主體結(jié)構(gòu)地下部分至少包含1層完整地下室，連接構(gòu)件包括基礎(chǔ)底板外伸支撐和梁板外伸支撐，基礎(chǔ)底板外伸支撐為素混凝土支撐，兩端分別連接基礎(chǔ)底板和基坑支護(hù)樁；主體結(jié)構(gòu)梁板外伸支撐為鋼筋混凝土支撐，兩端分別連接地下室外墻與支護(hù)樁，借助地下室水平結(jié)構(gòu)為基坑支護(hù)樁提供約束力，使基坑支護(hù)樁與地下主體結(jié)構(gòu)共同抵抗基坑外巖土側(cè)壓力。

1.2工程實(shí)例

某超高層項(xiàng)目位于濟(jì)南市西客站CBD核心區(qū)，基坑挖深為-17.1 m，設(shè)有4層地下室。工程擬建場(chǎng)地內(nèi)土層主要為第四系覆蓋層，上部土層以黃河、小清河沖積成因的黏性土、粉土為主，下部為山前洪積成因的黏性土夾砂土，底部為殘坡積的粉質(zhì)黏土夾碎石及風(fēng)化巖層，水位埋深約-4.0 m。

基坑采用樁錨支護(hù)，支護(hù)樁為900@1600的混凝土灌注樁，樁長(zhǎng)25.1 m，樁頂標(biāo)高-2 m，嵌固深度8 m，C30混凝土澆筑，樁內(nèi)縱向布置16根25的HRB400型鋼筋，保護(hù)層厚度取50 mm，橫向布置12@150的HRB400型螺旋箍筋，樁頂冠梁寬900 mm，高800 mm，頂部埋深-2 m范圍土體采用砌體支護(hù)。樁間設(shè)置直徑1 100 mm的高壓旋噴止水帷幕，錨索采用旋噴擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)，錨固段直徑500 mm，支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面見(jiàn)圖2。

工程中支護(hù)排樁可按下面公式等效為相同抗彎剛度的地下連續(xù)墻，即

該基坑工程支護(hù)排樁可等效為約600 mm厚的地下連續(xù)墻，其抗彎剛度較大，可通過(guò)換撐施工轉(zhuǎn)變?yōu)橛谰弥ёo(hù)結(jié)構(gòu)?；舆吘夒x市政道路較近，換撐過(guò)程伴隨錨索回收施工，消除錨索對(duì)地下空間再次開(kāi)發(fā)的影響。基坑永久支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程為：樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)施工換撐施工（錨索回收）土體回填分層夯實(shí)。

1.2.1樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)施工

基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程遵循傳統(tǒng)施工方法，支護(hù)樁和地下室外墻之間設(shè)置外伸支撐，支撐通過(guò)腰梁與支護(hù)樁相連，支護(hù)樁在腰梁作用位置埋設(shè)鋼板預(yù)埋件，腰梁內(nèi)配筋通過(guò)鋼板預(yù)埋件與支護(hù)樁焊接為一體[6]（圖3）。永久支護(hù)結(jié)構(gòu)中，支護(hù)樁將作為地下主體結(jié)構(gòu)的一部分永久發(fā)揮作用，所以對(duì)支護(hù)樁的施工質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。

1.2.2換撐施工

換撐過(guò)程伴隨主體結(jié)構(gòu)施工自下而上依次進(jìn)行，支撐構(gòu)件本質(zhì)上是主體結(jié)構(gòu)梁板體系的外伸部分，主體結(jié)構(gòu)外伸支撐為鋼筋混凝土支撐，支撐一端通過(guò)預(yù)留鋼筋與地下室梁板構(gòu)件相連，另一端通過(guò)腰梁與支護(hù)樁相連；基礎(chǔ)底板外伸支撐為素混凝土板狀支撐，埋深-17.1 m，支撐兩端與基礎(chǔ)底板和支護(hù)樁通過(guò)澆筑連接，不設(shè)特殊連接構(gòu)件。換撐過(guò)程伴隨錨索回收，在上部結(jié)構(gòu)外伸支撐達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度之后方可進(jìn)行錨索回收施工[7]，對(duì)換撐過(guò)程所涉及的各工況都要進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算。

1.2.3土體回填

地下主體結(jié)構(gòu)施工結(jié)束之后，要依次進(jìn)行防水保溫層施工和土體回填施工。永久支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)地下室外墻防水保溫層的施工影響較小，可依照傳統(tǒng)做法進(jìn)行，防水層施工過(guò)程要加強(qiáng)對(duì)外伸支撐節(jié)點(diǎn)處的處理；土體回填依照常規(guī)做法進(jìn)行，施工過(guò)程盡量減小對(duì)支撐構(gòu)件的影響，回填土體要分層夯實(shí)。

1.3支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析

常規(guī)做法中，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和地下室外墻分別按臨時(shí)支護(hù)工況和正常使用工況進(jìn)行受力計(jì)算，不考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)在正常使用工況下的作用。永久支護(hù)結(jié)構(gòu)中支護(hù)樁既是臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)又是永久支護(hù)結(jié)構(gòu)，需對(duì)2種工況下的受力分別進(jìn)行分析[8]。

1.3.1臨時(shí)支護(hù)階段

依據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，臨時(shí)支護(hù)階段包括樁錨支護(hù)階段和樁撐支護(hù)階段兩部分。

臨時(shí)支護(hù)工況下，坑外巖土側(cè)壓力和水壓力共同作用于支護(hù)樁和止水帷幕組成的擋墻，換撐前，此合力通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨索傳遞到坑外深層土體；換撐后，錨索回收，此合力通過(guò)腰梁、外伸支撐等構(gòu)件傳遞給地下室主體結(jié)構(gòu)，形成“支護(hù)樁→外伸支撐→地下主體結(jié)構(gòu)”的傳力路徑。

1.3.2正常使用階段

正常使用階段，回填土開(kāi)始發(fā)揮作用，形成“支護(hù)樁→外伸支撐/回填土→地下主體結(jié)構(gòu)”的復(fù)合傳力體系。該階段止水帷幕失效，回填土體水位與坑外保持一致，坑外巖土側(cè)向力主要由支護(hù)樁承擔(dān)，并通過(guò)外伸支撐傳遞給地下主體結(jié)構(gòu)，回填土側(cè)壓力及水壓力共同作用于地下室外墻[9]，地下室外墻的受力得到較大削弱，永久支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用。

2PLAXIS-3D模擬

2.1永久支護(hù)結(jié)構(gòu)3D建模

對(duì)上述基坑工程永久支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程進(jìn)行PLAXIS-3D模擬，本構(gòu)關(guān)系采用Schanz等[10]提出的HS（土體硬化）模型，同時(shí)考慮剪切硬化和壓縮硬化。模型采用截?cái)噙吔绲姆椒ǎ刂ёo(hù)面取8 m寬的條狀土體進(jìn)行建模，模型長(zhǎng)度取150 m，基坑內(nèi)外各75 m，土層厚度取60 m，土層參數(shù)采用巖土工程勘查報(bào)告中給出的相關(guān)數(shù)據(jù)，各參數(shù)取值見(jiàn)表1，錨索參數(shù)見(jiàn)表2?？紤]地下室梁板構(gòu)件水平剛度無(wú)限大，對(duì)地下室外墻與梁板連接處進(jìn)行位移控制。

模型中，外墻厚度取600 mm，外伸支撐截面為尺寸300 mm×300 mm的正方形，混凝土等級(jí)均取C40。模型結(jié)構(gòu)如圖4所示，模擬過(guò)程按實(shí)際施工工況分步進(jìn)行，暫不考慮地下水和地表荷載影響，具體模擬步驟見(jiàn)表3。

2.2模擬結(jié)果分析

模擬過(guò)程分為基坑開(kāi)挖（STEP1～9）、換撐施工（STEP10～15）及正常使用工況（STEP16）3個(gè)部分。開(kāi)挖過(guò)程即臨時(shí)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程；換撐過(guò)程是臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)向永久支護(hù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，即外伸支撐生效與錨索失效的過(guò)程，樁體受力狀態(tài)的改變導(dǎo)致樁身彎矩和位移的變化，進(jìn)而導(dǎo)致坑外土體狀態(tài)的改變，因此，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)在換撐過(guò)程的性狀研究是永久支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。

2.2.1支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

換撐施工完成后，外伸支撐取代預(yù)應(yīng)力錨索提供支護(hù)樁所需的水平約束力，此過(guò)程是樁身應(yīng)力再平衡過(guò)程。樁身約束作用位置及約束力發(fā)生改變，

支護(hù)樁彎矩隨之發(fā)生變化。

支護(hù)樁彎矩分布受換撐施工影響較大。預(yù)應(yīng)力錨索是主動(dòng)受力，外伸支撐是被動(dòng)受力，因此，各層錨索軸力差異較小，外伸支撐軸力差異較大。表4為預(yù)應(yīng)力錨索內(nèi)力，表5為外伸支撐內(nèi)力。對(duì)比表4和表5中數(shù)據(jù)可知，最上層外伸支撐內(nèi)力遠(yuǎn)小于錨索內(nèi)力，最下層外伸支撐內(nèi)力遠(yuǎn)大于錨索內(nèi)力。圖5為換撐前后樁身彎矩曲線(xiàn)。由圖5可知，相對(duì)于樁錨支護(hù)狀態(tài)，換撐后支護(hù)樁上部彎矩明顯減小，下部彎矩明顯增大，樁-撐支護(hù)狀態(tài)下的最大彎矩約為樁-錨支護(hù)狀態(tài)下的1.5倍，土體回填之后的樁身彎矩相對(duì)樁-撐支護(hù)狀態(tài)略有減小，但變化并不明顯。綜上可知，支護(hù)樁在樁-撐臨時(shí)支護(hù)工況下處于最不利受力狀態(tài)，換撐施工對(duì)支護(hù)樁設(shè)計(jì)提出更高要求，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)永久化設(shè)計(jì)需綜合考慮各工況以便對(duì)支護(hù)樁設(shè)計(jì)做出校核與改進(jìn)。

2.2.2支護(hù)結(jié)構(gòu)變形分析

基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)過(guò)程需要做好變形控制設(shè)計(jì)，變形預(yù)測(cè)分析是基坑變形控制的核心內(nèi)容之一，基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程需要較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)基坑的變形及其對(duì)周邊環(huán)境的影響，其中，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移控制和基坑外地表沉降控制對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義[11-12]。

永久支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑開(kāi)挖過(guò)程與臨時(shí)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)中并無(wú)差異，主要區(qū)別在換撐過(guò)程。

樁身水平位移曲線(xiàn)如圖6所示。由圖6可知：基坑開(kāi)挖結(jié)束（STEP9）時(shí)，支護(hù)樁呈現(xiàn)復(fù)合式變形模式[13]，支護(hù)樁的最大位移出現(xiàn)在挖深-13 m處，最大位移約為28.5 mm；換撐施工將地下室梁板構(gòu)件水平剛度視為無(wú)限大，對(duì)地下室外墻與梁板結(jié)構(gòu)接觸位置分步進(jìn)行位移固定，換撐施工是樁身應(yīng)力再平衡的過(guò)程，此過(guò)程中外伸支撐作用處的樁身位移基本不再發(fā)生變化，樁頂位移和樁底位移明顯減小，樁頂位移減少0.5 mm，樁底位移減少2.3 mm。

基坑外地表沉降量曲線(xiàn)如圖7所示。由圖7可知：基坑開(kāi)挖結(jié)束（STEP9）時(shí)，基坑外地表的沉降主要發(fā)生在坑外2倍挖深范圍內(nèi)，最大沉降量發(fā)生在坑外17 m位置，最大沉降量約為13.5 mm，沉降曲線(xiàn)與Hsieh等[14]對(duì)凹槽型的研究結(jié)果一致；換撐施工對(duì)基坑外地表沉降有明顯影響，由于該過(guò)程支護(hù)樁位移變化較小，所以，是錨索回收導(dǎo)致土體擠壓作用消失進(jìn)而增加了土體沉降，其影響范圍主要集中在預(yù)應(yīng)力錨索錨固范圍內(nèi)。換撐施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力錨索錨固范圍內(nèi)土體的沉降量明顯增大，且最大沉降點(diǎn)位置有向坑邊靠近的趨勢(shì)，換撐前后最大沉降量增加3.5 mm。

2.2.3地下室外墻內(nèi)力分析

對(duì)于普通地下室，正常使用工況下，作用在地下室外墻上的水平荷載包括側(cè)向土壓力、地下水壓力以及地面活荷載引起的側(cè)壓力，對(duì)于人防地下室還要考慮水平人防等效靜載。該工程只對(duì)地下室外墻的側(cè)向土壓力作用進(jìn)行分析。

不同工況下地下室外墻受力差異較大，如圖8所示，其中l(wèi)ine1為永久支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑回填錨索失效后永久工況下作用在地下室外墻上的土壓力；line2為臨時(shí)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑回填且錨索失效后作用在地下室外墻的土壓力；line3為無(wú)支護(hù)樁情況下作用在地下室外墻的土壓力；line4為靜止土壓力計(jì)算值。由圖8可知，永久支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑回填錨索失效后的永久工況下，地下室外墻受力隨挖深關(guān)系不大，土壓力值為10～20 kPa，與傳統(tǒng)基坑臨時(shí)支護(hù)工程中地下室外墻的土壓力分布并不相符。

傳統(tǒng)臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑回填地下室外墻直接承受基坑外側(cè)半無(wú)限土體產(chǎn)生的土壓力，通常按靜止土壓力計(jì)算；永久支護(hù)結(jié)構(gòu)是復(fù)合型受力形式，基坑外側(cè)土壓力由支護(hù)樁承擔(dān)并通過(guò)外伸支撐傳遞給地下室水平結(jié)構(gòu)，與地下室外墻不產(chǎn)生直接作用，地下室外墻只需承擔(dān)支護(hù)樁和地下室外墻之間有限回填土體的側(cè)壓力[15]。

永久支護(hù)結(jié)構(gòu)中，支護(hù)樁和地下室外墻之間的有限回填土體土壓力分布與傳統(tǒng)半無(wú)限土體土壓力分布并不同，可對(duì)該有限回填土體做單獨(dú)分析，如圖9所示。圖9（a）為回填土體在豎直方向上的土壓力分布云圖，由于外伸支撐的存在，支撐位置處回填土體在豎直方向上存在明顯的土拱效應(yīng)[16][圖9（b）]，相鄰支撐的肋部土壓力明顯減小，回填土體被外伸支撐沿著豎直方向分割為4層，層間作用被大大削弱，每層土體可近似視為單獨(dú)存在，層內(nèi)側(cè)向土壓力自上而下近似呈三角形分布（圖8），與經(jīng)典土壓力相符，在該土壓力作用下，地下室外墻只需滿(mǎn)足構(gòu)造要求。

2.3耐久性校核

永久支護(hù)結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)一部分，需要滿(mǎn)足主體結(jié)構(gòu)耐久性的要求。永久支護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性分析主要是針對(duì)地下室外墻、支護(hù)樁和外伸支撐三部分，其中，地下室外墻和外伸支撐為矩形截面構(gòu)件，可按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）[17]中關(guān)于矩形截面鋼筋混凝土受彎和偏心受壓構(gòu)件在長(zhǎng)期作用影響的最大裂縫寬度ωmax計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即

式中：αcr為構(gòu)件受力特征系數(shù)；φ為裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)；σs為按標(biāo)準(zhǔn)永久組合計(jì)算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉普通鋼筋應(yīng)力或按標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋等效應(yīng)力；Es為鋼筋彈性模量；cs為最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離；deq為受拉區(qū)縱向受拉鋼筋的等效直徑；ρte為按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率。

永久工況下地下室外墻只承受有限回填土體的土壓力，無(wú)地下水作用時(shí)只需要按照構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，有地下水作用時(shí)著重考慮地下水壓力的影響；由表5可知，外伸支撐最大彎矩為51.97 kN·m，最大軸力為915.63 kN，外伸支撐內(nèi)力以軸向壓力為主，所以，耐久性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于支護(hù)樁在受彎條件下的裂縫控制。

支護(hù)樁在不同工況下的受力變化較大，由圖5可知，樁撐支護(hù)工況（STEP15）下支護(hù)樁彎矩最大。土體回填后，有限回填土體對(duì)支護(hù)樁彎矩影響較小，支護(hù)樁依舊承受較大彎矩。支護(hù)樁作為主體結(jié)構(gòu)一部分，可按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于裂縫的要求進(jìn)行裂縫控制，《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 151—2011）[18]中第6.4節(jié)對(duì)圓柱形混凝土構(gòu)件在受拉、受彎和偏心受壓情況下的裂縫寬度計(jì)算做了明確規(guī)定，具體計(jì)算如下：

由表6可知，支護(hù)樁裂縫最大值發(fā)生在換撐結(jié)束（STEP15）時(shí)，最大裂縫寬度為0.113 mm，基坑回填（STEP16）之后支護(hù)樁裂縫寬度略有減小。依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010），支護(hù)樁所處環(huán)境類(lèi)別取為二類(lèi)，裂縫限值取0.2 mm，表6各計(jì)算結(jié)果均滿(mǎn)足要求。

3結(jié)語(yǔ)

（1）基坑支護(hù)樁與地下主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的永久支護(hù)體系由地下室主體結(jié)構(gòu)、基坑支護(hù)樁以及兩者之間的支撐構(gòu)件組成，支護(hù)樁作為主體結(jié)構(gòu)一部分永久發(fā)揮作用，并可實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力錨索的回收，具有較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。

（2）PLAXIS-3D模擬結(jié)果顯示，換撐過(guò)程中支護(hù)樁水平位移變化較小，樁身彎矩明顯增大，支護(hù)樁設(shè)計(jì)需滿(mǎn)足換撐前后各工況的要求；錨索回收導(dǎo)致基坑外地表沉降增加，對(duì)周邊建筑環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

（3）永久支護(hù)結(jié)構(gòu)可有效減小地下室外墻所受土壓力。永久支護(hù)工況下，受豎向土拱作用影響，回填土體在外伸支撐位置出現(xiàn)分層，層間作用大大削弱，回填土體側(cè)向壓力明顯減小，外墻設(shè)計(jì)只需滿(mǎn)足構(gòu)造要求。

（4）永久支護(hù)結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是支護(hù)樁的裂縫控制，計(jì)算證明，各工況下支護(hù)樁裂縫寬度均小于0.2 mm，滿(mǎn)足現(xiàn)有規(guī)范對(duì)二類(lèi)環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的要求。

（5）永久支護(hù)結(jié)構(gòu)將基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與地下主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相聯(lián)系，有助于推動(dòng)城市地下空間建設(shè)朝集約化方向發(fā)展，但相關(guān)作用機(jī)理和計(jì)算方法還有待完善，具體表現(xiàn)需借助工程進(jìn)行檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王衛(wèi)東，沈 健.基坑圍護(hù)排樁與地下室外墻相結(jié)合的“樁墻合一”的設(shè)計(jì)與分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2012，34（增）：303-308.

WANG Wei-dong，SHEN Jian.Design and Analysis of Unity of Support Piles and Basement External Walls[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2012，34（S）：303-308.

[2]劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

LIU Guo-bin，WANG Wei-dong.Excavation Engineering Manual[M].Beijing：China Architecture & Building Press，2009.

[3]JGJ 120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

JGJ 120—2012，Technical Specification for Retaining and Protection of Building Foundation Excavations[S].

[4]王衛(wèi)東，翁其平.“兩墻合一”設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2005，1（4）：574-578.

WANG Wei-dong，WENG Qi-ping.Some Key Techniques for the Design of Dual-purpose Diaphragm Wall[J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2005，1（4）：574-578.

[5]徐中華，鄧文龍，王衛(wèi)東.支護(hù)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的深基坑工程技術(shù)實(shí)踐[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2005，1（4）：607-610.

XU Zhong-hua，DENG Wen-long，WANG Wei-dong.Construction Technique of a Deep Excavation Supported with Substructure[J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2005，1（4）：607-610.

[6]左人宇.“一樁三用”技術(shù)與實(shí)踐[D].杭州：浙江大學(xué)，2001.

ZUO Ren-yu.The Art of “One Pile Three Uses” and Its Application[D].Hangzhou：Zhejiang University，2001.

[7]朱小軍.軟土深基坑工程控制拆撐變形的換撐設(shè)計(jì)方法[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（增1）：256-260.

ZHU Xiao-jun.Design of Support Replacement for Controlling Deformation Caused by Support Dismantling of Deep Foundation Pits in Soft Ground[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2010，32（S1）：256-260.

[8]王衛(wèi)東，王建華.深基坑工程中主體工程地下結(jié)構(gòu)與支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的研究與實(shí)踐[J].工業(yè)建筑，2004，34（增）：69-79.

WANG Wei-dong，WANG Jian-hua.Study and Practice of Deep Excavation Supported with Substructure[J].Industrial Construction，2004，34（S）：69-79.

[9]王 磊，楊孟鋒，蘇小卒.考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)作用的地下室外墻設(shè)計(jì)[J].江西科學(xué)，2010，28（2）：229-230，249.

WANG Lei，YANG Meng-feng，SU Xiao-zu.Design of Basement Exterior Wall with Consideration of Enclosure Structure[J].Jiangxi Science，2010，28（2）：229-230，249.

[10]SCHANZ T，VERMEER P A，BONNIER P G.The Hardening Soil Model-formulation and Verification[C]//BRINKGREVE R B J.Beyond 2000 in Computational Geotechnics.Amsterdam：Balkema A A，1999：281-296.

[11]張欽喜，孫家樂(lè)，劉 柯.深基坑錨拉支護(hù)體系變形控制設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1999，21（2）：161-165.

ZHANG Qin-xi，SUN Jia-le，LIU Ke.Principle and Application of Deformation Control Design for Retaining Structure in Deep Excavation[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering，1999，21（2）：161-165.

[12]徐中華.上海地區(qū)支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合的深基坑變形性狀研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2007.

XU Zhong-hua.Deformation Behavior of Deep Excavations Supported by Permanent Structure in Shanghai Soft Deposit[D].Shanghai：Shanghai Jiaotong University，2007.

[13]龔曉南，高有潮.深基坑工程施工設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

GONG Xiao-nan，GAO You-chao.Handbook for Design and Construction of Deep Excavation Pits[M].Beijing：China Architecture & Building Press，1998.

[14]HSIEH P G，OU C Y.Shape of Ground Surface Settlement Profiles Caused by Excavation[J].Canadian Geotechnical Journal，1998，35（6）：1004-1017.

[15]馬 平，秦四清，錢(qián)海濤.有限土體主動(dòng)土壓力計(jì)算[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27（增1）：3070-3074.

MA Ping，QIN Si-qing，QIAN Hai-tao.Calculation of Active Earth Pressure for Limited Soils[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27（S1）：3070-3074.

[16]鐘小春.基坑支護(hù)樁間土體拱效應(yīng)理論及有限元分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2006，28（增）：1501-1504.

ZHONG Xiao-chun.Soil Arching Between Protecting Piles of Foundation Pits and FEM Analysis[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2006，28（S）：1501-1504.

[17]GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

GB 50010—2010，Code for Design of Concrete Structures[S].

[18]JTS 151—2011，水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

JTS 151—2011，Design Code for Concrete Structures of Port and Waterway Engineering[S].