摘要：深基坑支护体系中支撑构件的承载能力和稳定性对支护结构体系有着重要影响，对于较大规模的基坑工程，其横向支撑构件的跨度相对较大，且在由围护结构传递而来的土压力和水压力的作用下，若跨度较长或高度较高的支撑构件发生失稳破坏，则基坑支护结构的安全性和稳定性将受到影响；因此文中全面分析了深基坑特点,并探究了在此基础上，支撑构件是否会出现受压失稳破坏。
关键词：深基坑；内支撑；稳定
0引言
随着我国国民经济的快速发展以及城市建设用地的减少，人们越来越重视对地下空间的使用；高层建筑设计多层地下室、地下商城、地下停车场、人防地下室等高效利用土地的形式在我国各大中城市中被广泛采用。为解决交通拥堵带来的问题，近年来，各地方出台相关交通政策，各大城市开始规划和建设地铁等方式，以缓解交通拥堵的现象；且因城市建设的快速发展、地下空间技术的发展、车辆的增多、对地下停车场的需求增大、旧城改造项目增多等因素，导致深基坑不断增多；且深基坑支护体系面对的环境相对复杂和施工难度较高，因此深基坑支护工程已成为当下建设工程的难点、热点问题。随着地下空间工程的不断发展，国内完成了许多深基坑的工程，例如上海绿洲中环中心工程的基坑工程，其直径达210m、平均深度约为-8.3m、支护周长约为0.64km、基坑的面积达3.4hm2；国家大剧院基坑工程中的中心区基坑面积约为2.6hm2,其大部分的基础埋深约为-27m；上海金茂大厦基坑工程开挖面积超过了2hm2,基坑的开挖深度最大约为-19.56m；南宁地铁3号线青山站的基坑支护深度可达25m；上海轨道交通4号线董家渡基坑开挖深度达40m。随着基坑工程开挖面积和深度不断提高，基坑的支护规模也越来越大，基坑设计和施工技术的难度提高。面对较为复杂的周边环境及水文地质条件，怎样选择合理、有效及经济的基坑支护结构，是基坑支护结构研究的重点。目前，国内研究混凝土内支撑基坑支护相对较多，但是由于实际工程的复杂性与基坑支护的独特性，且地质条件和周围环境不同，因此基坑支护不可能研究透彻。且混凝土内支撑基坑支护设计理论和施工技术没有完全成熟，因其独特性导致基坑支护设计方法相差较大，现基坑支护结构处于半理论体系半工程经验设计的状态，造成设计结果与实际工程中监测得出的数据存在一定差异，设计不得当可能会造成经济损失、安全储备过小，甚至发生安全事故。基坑工程导致的事故也屡见不鲜，例如，某地地铁1号线湘湖站北2基坑失稳倒塌，导致多人伤亡，造成了重大工程安全事故；某地莲花河畔景苑小区，因基坑开挖造成周边楼体倒塌事故。在基坑支护结构体系中，混凝土内支撑结构主要承受由围护结构传递而来的主动土压力和水压力，纵向支撑杆件承受自身荷载和施工荷载，为压弯构件。支撑构件承载能力和稳定性对支护结构体系有着重要影响，规模较大的基坑支护工程的混凝土支撑构件的跨度相对较大，且其支撑构件的侧向支撑往往有限；在由围护结构传递过来的土压力和水压力的作用下，若跨度较长或高度较大的支撑构件发生失稳破坏，则基坑支护结构的承载能力和稳定性将受到影响，给基坑工程带来安全隐患。因此需要对支撑构件承载能力及稳定性进行探讨。
1深基坑工程的特点
1.1深基坑支护结构为临时性结构
深基坑支护结构的作用是挡土和保障地下空间工程的施工任务顺利进行。当地下空间工程完工后，基坑支护结构为地下工程顺利完工发挥了重要作用，目前多数深基坑支护结构的使用周期在一至两年内，故深基坑支护结构属于临时性结构。
1.2深基坑支护结构工程具有很强的区域性
由于我国南北跨的纬度较广，因此南、北方的地质条件、水文及气候差异较大，且同一城市，不同地方的场地条件及水文条件差异也很大，而场地地质条件及水文地质条对深基坑工程有巨大影响，因此深基坑支护结构工程具有很强的区域性，应因地制宜。
1.3受周围环境条件影响明显
深基坑工程的施工过程及其稳定性与其所处的周围环境、水文条件等因素紧密相关，市区内深基坑的设计、施工及土方开挖受周围建筑物的密集程度、市政道路、水电气管道线、下水道、地铁线路等复杂环境影响。城市内建筑群密集的地区的基坑支护结构要比相对空旷的地区的基坑支护结构要求更高。深基坑支护结构的稳定性、支护方式、施工工程的合规性、地下水水位等因素均有可能对基坑周边的建筑群及公共设施等造成一定的影响。
1.4制约因素多
深基坑工程的施工安全和基坑稳定与地质环境、水文条件、建筑物和构筑物的分布、场地的气候以及降水与排水条件、基坑的深度与支护形式、施工方法与开挖次序以及基坑的暴露时间等诸多因素相关。
1.5计算理论不完善
深基坑工程目前的设计理论主要有［1-4］：（1）传统的土力学设计理论的方法，该方法偏于力学原理的设计思路；（2）根据施工实际状况设计法，该方法根据实际工程的不同工况来分析和设计；（3）完善后的解析方法，该方法的缺点是只能求解力，无法计算变形；（4）弹性基床系数法，优点为解决了力和变形的计算问题，缺点是其计算结果与实际工程有较大差别；（5）平面有限元法，优点为考虑了土压力与支护结构协同作用；（6）空间有限元法，优点为考虑了支护结构在空间作用能反映支撑构件间的相互作用，同时也考虑了土的弹塑性分析，能更加准确地反映出土体的变形状态；（7）基坑工程监测和反分析，该方法能实时反映基坑周围土体的变形的变化，实现了施工的信息化；（8）基坑工程的风险分析和设计，该方法能有效地在基坑开挖前对周围建筑物进行实时监控，并分析出周围土体和建筑群的稳定性，能有效地对基坑周围的土体和建筑群进行预防和控制；由于岩土分布、特性的复杂性、地下水等诸多可变因素的影响，使得目前针对深基坑设计计算的出发点需以考虑环境保护（对变形的控制）为主，要满足承载能力极限状态和环境保护要求，采用理论与实践相结合的方法。
1.6对综合性知识、经验要求高
影响深基坑安全的因素多，设计计算理论难以准确全面地反映客观情况，往往需要采用理论与实践相结合的方法，都说明全面的综合性知识与丰富的工程实践经验在保证深基坑工程安全方面的极度重要性。
2常用深基坑支护结构形式分类及使用范围
3基本条件和参数
该项目基坑工程混凝土内支撑材料参数选择：混凝土等级为C30，钢筋等级为HRB400。混凝土支撑构件截面为0.8m×0.8m。选用支撑构件立柱为箱型型钢，截面大小为0.4m×0.4m，厚度为16mm。查阅文献［5-6］得到：fcd=14.3N/mm2、f=215N/mm2、f'sd=360N/mm2。
4内支撑构件是否需考虑构件长细比增大附加效应的探讨
支撑构件承载能力和稳定性对支护结构体系有着重要影响［7］，规模较大的基坑支护工程的混凝土支撑构件的跨度相对较大，且其支撑构件的侧向支撑往往有限；在由围护结构传递过来的土压力和水压力的作用下，若跨度较长或高度较高的支撑构件发生失稳破坏，则基坑支护结构的安全性和稳定性将受到影响。根据欧拉公式，支撑构件的临界压力如下式：（3）（4）（5）式中：β1为系数，当混凝土强度等级不大于C50时，取β1为0.8；EC为混凝土弹性模量，λ为受压构件长细比，按下式（6）计算；I为构件截面惯性矩；i为构件截面回转半径，按下式（7）计算；A为支撑截面面积；L0为支撑构件计算长度；μ为支撑构件计算长度系数；φ为受压构件的稳定系数，当φ>1.0时，取φ=1.0。
5横、纵向支撑正截面受压承载力计算
该项目基坑工程的横向支撑构件和纵向支撑构件的截面惯性矩I=0.03413m4，截面面积A=0.64m2。根据实际工程需要和安全储备考虑，该基坑工程的支撑构件两端设为铰接，取支撑构件的计算长度系数μ=1和最大长度l=8m。将以上参数代入下式：（6）（7）得到受弯构件长细比λ，代入式（4）得受压构件的稳定系数φ，由于计算得出的φ大于0.1，因此取φ=1.0。该计算结果与文献［5］表6.2.15的结果基本吻合，故该项目基坑工程的横向支撑构件和纵向支撑构件的正截面受压承载力计算时，可不考虑因构件的长细比增大而产生的附加效应。因此支撑构件的轴心受压承载力计算公式为：（8）b=0.8m，l0=8.0，l0/b=10，查规范［5］表6.2.15得φ=0.98，代入上式（8）求得支撑构件正截面受压承载力为11190kN。
6结语
深基坑支护体系中支撑构件的受压承载力及其稳定性对支护结构体系有着重要影响，规模较大的基坑支护工程的混凝土支撑构件的跨度相对较大，且其支撑构件的侧向支撑往往有限；再由围护结构传递过来的土压力和水压力的作用下，若跨度较长或高度较高的支撑构件发生失稳破坏，则基坑支护结构的安全性和稳定性将受到影响。
作者：彭修宁 陈云杰 单位：广西大学土木建筑工程学院