第２９卷第４期 ２０１３年７月 森林工程 Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．４ Ｆ０ＲＥＳＴ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｊｕｌｙ，２０１３ 深大基坑空间内支撑结构整体受力性能研究 蒋峻峰 ，姚顺忠 ，吴永红２ （１．西南林业大学土木Ｔ程学院，昆明６５０２２４；２．云南省建筑科学研究院，昆明，６５００００） 摘要：高层建筑和地下空间的大量开发，使得基坑面积越来越大，深度越来越深，基坑结构表现出的空间效应越来 越明显，原有的将支挡结构各部分分开计算的平面计算方法与实际工程监测结果有较大出入，通过具体实例运用三维有限 元，将支挡结构作为一个整体，考虑支挡结构各部分的相互协调作用，对内支撑整体受力性能进行具体分析，对基坑支护 中出现的一些问题进行分析。 关键词：深大基坑；空间内支撑；排桩；整体受力；有限元 中图分类号：Ｓ ７７２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—００５Ｘ（２０１３）０４—０１２４—０４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｏｖｅｒａｌｌ Ｆｏｒｃｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｔｈｅ Ｓｐａｃｅ Ｉｎｎｅｒ Ｓｔｒｕｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈｉｎ Ｄｅｅｐ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ Ｊｉａｎｇ Ｊｕｎｆｅｎｇ ，Ｙａｏ Ｓｈｕｎｚｈｏｎｇ ，Ｗｕ Ｙｏｎｇｈｏｎｇ （１．Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２２４； ２．Ｙｕｎｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｐａｃｅ，ｔｈｅ ａｒｅａ ａｎｄ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｂｅ— ｃｏｍｅｓ ｂｉｇｇｅｒ ａｎｄ ｂｉｇｇｅｒ．Ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｓｔｒｕｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｓ ｓｈｏｗｎ ｍｏｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓ ｓｐａｔｉａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｌａｎｅ ｓｉｍｐｌｉｉｆｅｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ｓｔｉｌｌ ａｐｐｌｉｅｄ，ｗｈｏｓｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃｏｕｌｄ ｄｉｆｆｅｒ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｒｅｓｕｈｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｄｅ— ｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｃａｓｅ，ｅａｃｈ ｉｎｎｅｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｃｅ ｓｔｒｕｔ ｗａｓ ｒｅｇａｒｄｅｄ ａｓ ａ ｗｈｏｌｅ ａｎｄ ｄｅｐｉｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ．Ｂｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｒｏｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｆｏｒｃｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｃｅ ｉｎｎｅｒ ｓｔｒｕｔ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｓｐｅｃｉｉｆｃａｌｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ａ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ；ｓｐａｃｅ ｉｎｎｅｒ ｓｔｒｕｔ；ｒｏｗｅｄ ｐｉｌｅ；ｏｖｅｒａｌｌ ｆｏｒｃｅ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ 伴随着城市经济发展，城市用地日趋紧张，城 市高层建筑大量涌现，同时开发城市地下空也间成 为必然选择，这也促使基坑工程不断朝着面积更大 和深度更深方向发展，内支撑技术大量的由平面形 式转化成空间立体形状，因而原有的平面内支撑支 为节约投资，又要使结构处于安全状态，因而对内 支撑的内力与变形真实掌握，可以防止过于保守的 设计，节省不必要的投资 。对于后者，在对基 坑采取合理的空间计算后，设计人员可以对挡土结 构的受力与变形情况、支撑的尺寸和位置是否合理 以及其内力是否满足强度和稳定性的要求、冠梁 （腰梁）和环梁的内力及变形情况如何、应该怎样 护设计方法，已经不能真实反映内支撑与挡土结构 及与土体间的相互作用关系 Ｊ。实际中研究深大 基坑内支撑结构整体受力性能，有两个目的：一是 对支挡结构进行优化设计；二是弄清支挡结构在基 坑的各个部位的受力和变形情况 Ｊ。对前者，由 于基坑的深且大的特性，内支撑的使用量也较大， 收稿日期：２０１２—０９—２９ 对支挡结构的设计与施工方案进行有效的优化等方 面，有较深入的认识，因此对大型深基坑的支挡结 构进行空间内力分析很有必要 。 １ 计算模型 １．１计算模型简化 基金项目：国家自然科学基金项目（５０８７８１５２） 第一作者简介：蒋峻峰（１９８６一），湖北天门人，硕士研究生。 研究方向：基坑和边坡Ｔ程。 针对粉土和粘性土等软土，在开挖过程中对基 坑支护结构造成的影响进行研究。当前，昆明等城 市中心均处于软土地带，土质相对较为均匀，因而 在这些地区采用排桩进行支护时，可以将排桩当成 通讯作者：姚顺忠（１９６４一），云南昭通人，博士，副教授。 研究方向：土木丁程材料。 引文格式：蒋峻峰，姚顺忠，吴永红．深大基坑空间内支撑结 构整体受力性能研究［Ｊ］．森林工程，２０１３，２９（４）：１２４—１２７． 弹性地基梁来进行计算。基于文克勒地基模型，排 桩上任意一点的侧向位移与这一点的压力成正比例 第４期 蒋峻峰等：深大基坑空间内支撑结构整体受力性能研究 ｌ２７ 度参数选取较大时，平面模型计算出的桩位移就会 明显比空间模型计算的要小，但两种计算模型均采 用弹性地基梁地基模型，因而两种模型出现的桩位 移的沿桩深变化趋势基本一致。 （４）上面的结构分析表明，深大基坑空间内支 护结构具有明显的结构空间效应，所以对于一些重 要的建筑物基坑，应该对内支撑系统进行空间的整 体稳定性计算，以确保支护体系具有足够的安全度。 【参考社．１９９７． （２）内支撑系统计算结果分析 空间有限元计算结果显示，内支撑的平面最大 位移为７．６０ ｍｍ，腰梁的最大位移为９．３８ ｍｉｌｌ，立 柱的最大位移出现在立柱的中段，为７．４８ ｉｎｎ。内 撑系统出现较小位移，说明整个内撑系统的刚度较 文 献】 ［１］刘建航，侯学渊．基坑工程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版 ［２］陆培毅，李绍忠，颐晓鲁．基坑支护结构的空间分析［Ｊ］．岩土力 学，２００４：１２１—１２４． 大，此种拱形的支护结构对基坑支护产生了良好的 作用效果。对于立柱，其产生的水平位移说明，其 ［３］潘［４］陈［５］景泓，吴世明．内撑式支护结构内力、变形的性状分析［Ｊ］．建 强，周先雁．预应力空心板光面支后连续受力性能研究 伟．内撑式深基坑的简化设计方法［Ｄ］．广州：广东工业大 筑结构，１９９９：３７—３９． ［Ｊ］．森林工程，２０１０，２６（１）：４５～４８． 学，２００７． 对排桩和内支撑也起到了部分约束作用，同时内支 撑对排桩和立柱的整体位移协调起到了关键作用。 ３ 结论 ［６］汪军舰．深基坑支护结构空间线性有限元分析［Ｄ］．天津：天津 大学．２００７． （１）支挡系统的变形随着开挖深度逐渐增大， 这是由于施加在朝向基坑内侧的土压力随着深度不 ［７］李［８］陈辉．大型基坑支护体系计算模型的分析与比较［Ｄ］．上海： 焘，张茜珍，周顺华，等．异形基坑支撑体系刚度及受力分 断增加，土压力通过排桩传递给了内支撑和立柱。 排桩峰值变形点向基坑开挖底部靠近，说明采用弹 性地基杆系理论计算挡土结构位移，不仅计算模型 简单，而且计算结果满足工程精度要求。 （２）采用弹性地基杆系有限元分析基坑支挡 结构的空问问题时，忽略了桩土接触面的相互作 用，在往后的简化模型中需要适当考虑。 同济大学，２００７． 析【Ｊ］．地下空间与工程学报，２０１１（１０）：１３８４—１３８９． ［９］黄雪峰．深基坑内支撑的几种计算方法比较［Ｊ］．高等建筑教 育，２００７（３）：１００—１０５． ［１Ｏ］范玲，丁永刚，马伟才．深基坑钢连杆内支撑体系受力分析 ［Ｊ］．河南科学，２０１２（５）：６２６—６２９． ［１１］谢祥明，刘庭金，莫海鸿．深基坑内支撑支护结构受力的三维 数值分析［Ｊ］．广东土木与建筑，２００６（１）：２９～３Ｏ． ［１２］陆新征，宋二祥，吉林，等．某特深基坑考虑支护结构与土体共同 作用的三维有限元分析［Ｊ］．岩土Ｔ程学报，２００３（７）：４８８—４９１． （３）通过在排桩外围设置弹簧模拟坑外位移， 可以较好地解决了支撑体系、围檩、挡土结构及坑 外土体的相互作用问题。 （上接第８５页） ［３］邵汝峰，张彪，张矢，等．无线传感器节能技术研究［Ｊ］．传 感器世界，２００７（７）：４０—４３． ［责任编辑：杨学春］ ２０００，４６（１）：１０４—１２０． ［１ １］Ｋｒｏｎｇｏｌｄ Ｂ Ｓ，Ｊｏｎｅｓ Ｄ Ｌ．Ａｎ ａｃｔｉｖｅ－ｓｅｔ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ＯＦＤＭ ＰＡＲ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｖｉａ ｔｏｎｅ ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ［Ｊ Ｉ．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａ— ｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ，２００４，５２（２）：４９５－５０９． ［４］郑贵林，贾艳利．基于ＭＳＰ４３０Ｆ１４９无线传感器网络节点的设计 ［Ｊ］．武汉大学学报（工学版），２００６，３９（６）：８９—９１． ［１２］Ｘｉａｏ Ｙ，Ｌｅｉ ｘ，Ｗｅｎ Ｑ，ｅｔ ａ１．Ａ ｃｌａｓｓ ｏｆ ｌｏｗ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ＰＴＳ ｔｅｅｈ— ｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ＰＡＰＲ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ＯＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｌｅｔｔｅｎｓ，２００７，１４（１０）：６８０－６８３． ［５］佟学俭，罗涛．ＯＦＤＭ移动通信技术原理与应用［Ｍ］．人民邮 电出版社，２００３． ［６］Ｃｏｓｔａ Ｅ，Ｍｉｄｒｉｏ Ｍ，Ｐｕｐｏｌｉｎ Ｓ．Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ａｍｐｌｉｉｆｅｒ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｉｅｓ ｏｎ ［１３］Ｖａｎ Ｅｅｔｖｅｌｔ Ｐ，Ｗａｄｅ Ｇ，Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ Ｍ．Ｐｅａｋ ｔｏ ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｒｅ— ｄｕｃｔｉｏｎ ｏｒ ｆＯＦＤＭ ｓｃｈｅｍｅｓ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９６，３２（２１）：１９６３—１９６４． ＯＦＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｌ９９９，３（２）：３７－３９． ［７］Ｘｉａｏ Ｙ，Ｌｉ Ｓ，Ｌｅｉ Ｘ，Ｔａｎｇ Ｙ．Ｃｌｉｐｐｉｎｇ ｎｏｉｓｅ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｈａｎｎｅｌ ［１４］Ｊａｙａｌａｔｈ Ａ Ｄ Ｓ，Ｔｅｌｌａｍｂｕｒａ Ｃ．Ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅａｋ—ｔｏ－ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｎｍｈｉｐｌｅｘｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｉｎ ＯＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ２００６，ｌ０（６）：４７４－４７６． ｂｉｌ ｏｒ ｓｙｍｂｏｌ ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０００，３６（１３）： １１６１—１１６３． ［８］Ｄａｎ Ｌ，Ｘｉａｏ Ｙ，Ｎｉ Ｗ，ｅｔ ａ１．Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｐｅａｋ ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＰＡＰＲ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ＯＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓｆ Ｊ １．ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ Ｃｏｍｍｕｎ．，２０１０，Ｅ９３一 Ｂ（１）：１９８—２０２． ［１５］Ｓｈｉｅｈ Ｗ，Ｔａｎｇ Ｙ，Ｋｒｎｎｇｏｌｄ Ｂ Ｓ．ＤＦＴ～ｓｐｒｅａｄ ＯＦＤＭ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ａ］．２０１０ ９ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎＯｐｔｉｃａｌ ［９ ｊ Ｊｉａｎｇ Ｔ，Ｙａｎｇ Ｙ，Ｓｏｎｇ Ｙ．Ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｃｏｍｐａｎｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ＰＡ— ＰＲ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ＯＦＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ Ｊ．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ，２００５， ５１：２４４—２４８． Ｉｎｔｅｎｅｒｔ（ＣＯＩＮ）［Ｃ］，２０１０：】－３． ［１６］Ｔｈｏｍｐｓｏｎ Ｓ，Ａｈｍｅｄ Ａ．Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｅｎｖｅｌｏｐｅ ＯＦＤＭ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００８，５６（８）：１３００一】３１２． 『１ ０］Ｐａｔｅｒｓｏｎ Ｋ Ｇ．Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｒｅｅｄ．ｍｕｌｌｅｒ ｃｏｄｅｓ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ［责任编辑：杨学春］ ＯＦＤＭ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ『Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ，
