半逆作法主体结构与支护结构结合的结构设计

何 亮

(太原市建筑设计研究院，山西太原 030002)

0 引言

随着商业、交通、人防等方面的需求对城市地下空间开发利用的影响，近几年地下建(构)筑工程和基坑工程在数量、规模、深度上都有了迅猛的发展。各种全新支护方式的迅速推广运用，在很大程度上解决了基坑工程实施过程中施工场地狭小、临近建筑环境复杂、土方量大、降水控制严格诸方面的问题。

1 半逆作法基坑工程及其发展

这里是指兼作(临时或永久)支护结构的主体结构构件在满足岩土设计和结构设计的要求下，先行实施竖向结构，依照自上而下的施工顺序完成竖向结构与各结构层水平结构的连接，并以此形成安全有效的支撑体系的基坑工程。

2008年以来，地下超过三层，深度大于16 m的多个深基坑工程在太原市的交通和商业繁华地区陆续展开。针对基坑工程的一次性投入成本较高，而使用期相对主体工程较短的特点，建设单位与设计、施工单位经过多方面的调研，开始在本地实施主体结构与支护结构共同作用半逆作法施工的基坑工程。经过近五年的实际操作，在设计、工法、土方清运等方面积累了很多当地经验，设计施工节点得到了进一步的优化，取得了良好的社会和经济效益。

2 主体结构和支护结构相结合的几种方式

第一种:外围护支挡结构与主体结构外墙相结合。这里的外围护支挡结构系指地下连续墙。通过单一墙、叠合墙和复合墙的方式完成“两墙合一”或“三墙合一”的效果。

第二种:(部分或全部)支护立柱桩与主体框架柱相结合。系指在基坑实施过程中，根据支护设计需要，利用(部分或全部)支撑立柱桩完成基坑支护需求，在支护任务完成后，通过外包叠合、局部拆除的方式完成向主体结构柱的转变。

第三种:水平支撑构件(支撑梁)与主体结构水平梁系相结合。系指通过宽扁梁、现浇混凝土空心楼盖、加厚水平楼板等方式提高水平支撑的抗弯、抗剪承载力，并依据现行主体结构设计要求满足主体工程使用阶段的设计要求。

基坑工程实施过程多以其中几种或全部组合的方式进行。

3 工程水文地质条件和外围超载对结构体系的影响

在主体结构设计时，原则上只考虑地下室外墙的最终挡土(水)墙的结构设计(外围超载折算成主动土压力参与设计计算)。而对于前述第一种“两(三)墙合一”的结合方式，其所受土(水)侧压力的范围、大小、影响深度受施工工况的直接影响，与主体结构设计(以基础和各结构层为水平支座挡土水压力的连续梁板设计)在设计内容上有较大的区别。JGJ 120-2012应依据建筑基坑工程技术规程进行整体计算分析，并与主体设计结果协同考虑。

1)在基坑施工过程中，前述第一种结构经历了从悬臂式到有支撑式的变化过程，各阶段应满足对应施工工况的施工设计和受力构造的要求。需完成对应工况下的支护结构内力、变形设计计算和整体稳定、抗倾覆稳定等验算。

2)对于前述三种组合实施的情形还应考虑组合支护结构间的内力分配设计计算。

3)对于基坑外围护结构的沉降对主体结构的影响应充分考虑:在满足嵌固和止水的前提下按照板桩的设计方法计算沉降，使之与主体结构沉降协调，在不满足协调的情况下应采取变换支撑连接的形式减少差异沉降。

4)对于前述第三种结构在主体结构设计计算时，由于既有的结构设计计算辅助设计软件多数不考虑主体水平构件的轴向力作用，因此应采用专门的整体分析的基坑设计软件设计并将两者结果进行包络。

5)由于前述第二种结构在主体结构设计计算时考虑的节点连接为固定支座，因此一般情况下其内力和配筋结果均远大于支护立柱桩的计算结果。但仍需依据基坑整体变形分析的结果和基本设计假定对设计结果进行判别和包络以确定支护立柱桩向主体结构柱的转换方式。

6)对于有严格抗震要求的第三种结构，尚应满足强柱弱梁等抗震设计的先期考虑。利用支撑梁和框架梁的水平并联组合完成支护实施阶段，其后通过局部破拆的方式恢复主体结构设计意图。

4 施工荷载对结构体系的影响

这里所说的施工荷载是指除外围施工超载外的，直接或间接作用于这种结构体系的荷载，如垂直运输机械、水平运输机械、临时作用于这种结构体系上的施工加工场所和土方堆置场所。

施工荷载应在基坑实施过程中予以足够重视。对经过与上述第三项组合设计计算，不能满足结构体系承载能力的荷载分布和作用区域应明确提出施工限载和禁止堆放的设计指示。对于无法避免的临时堆载亦可通过转换路基箱将其直接作用于立柱。

对于施工过程中由于分段流水施工和季节、大体积混凝土等因素留设施工缝引起的设计验算应给予重视。

5 设计构造对支护结构的影响

以下几类结合部位应进行补充结构设计:

1)对于主体结构与支护结构设计支座不同的部位，如结构后置正作梁上柱(即存在于两支护立柱桩间的主体结构柱，采用正作法施工，需预先在支撑梁上按照抗震设计要求留设柱筋且浇筑部分混凝土)、结构后作次梁楼板体系、立柱桩预留与水平支撑体系的连接装置等。应对节点处产生的集中力进行验算并采取加强措施。这些部位的预留钢筋连接方式和位置尚应满足抗震设计和钢筋机械连接设计的要求。

2)对于地下连续墙的槽段刚性连接处，应按照抗渗、和实际支挡受力状态、混凝土浇筑压力的强度刚度要求进行设计计算和验算。

3)对于因使用功能(如防水节点、设备用房预留洞口等)造成的支护截面损失的设计加固计算，应采取有效加强措施。

6 施工偏差对结构体系的影响

由于主体结构和支护结构相结合，预先实施的地下连续墙和支护立柱桩有时不能满足主体结构对构件偏差的要求，有时因为场地地质条件的局限个别构件不得不移位施工，由此产生的对结构体系的影响应按实际结构布置尺寸进行局部甚至是全部的结构设计复核。同时此项内容也适用于基坑工程的抢险设计中。

综上所述，半逆作法基坑工程中主体结构与支护结构相结合的结构设计不仅仅需要有结构设计的专门设计经验和手段，尚需对岩土工程设计有深入的认识和掌握。而这种设计亦最好由专门的一体化设计单位来完成。

［1］ 何 亮，侯国彬，丰红彦.太原亲贤北街梅园中心停车库基坑支护设计［M］.北京:中国建筑工业出版社，2001.

［2］ JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程［S］.

［3］ JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］.

［4］ DG/TJ 08-61-2010，基坑工程技术规范［S］.

［5］ JGJ 165-2010，地下建筑工程逆作法技术规程［S］.