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深基坑支撑结构混凝土配合比设计及
·
力学特性 新闻信息
吴庆杰
350000
（福州地铁建设有限公司，福建 福州 ）
摘 要： 为优化非平衡荷载作用下深基坑支撑结构的力学特性，以福建轨道交通某车站为例，通过建立深
基坑支撑结构仿真模型，系统分析不同开挖工况条件下支撑最大轴力、最大剪力、最大弯矩以及土体最大
P 151
竖向位移等变化规律。结果表明：随着开挖进度的推进，内支撑最大轴力及土体竖向位移先迅速增大后
3
近似线性减小，曲线突变点发生在开挖第 阶段处；内支撑最大剪力及最大弯矩呈近似线性增大的趋势，
4 工程与应用
在开挖第 阶段后增幅降低。故通过增设支撑可提高非平衡荷载作用下深基坑支护结构力学性能。
关键词： 深基坑； 有限元模型； 非平衡荷载； 支撑结构； 力学特性
U23 A 1006 1177 2025 06 0151 04
中图分类号： 文献标志码： 文章编号： - （ ） - -
doi .1006
： -
Concrete Mix Proportion Design and Mechanical Properties of Deep Foundation Pit
Support Structures
WU Qingjie
Fuzhou Metro Construction Co. Ltd. Fuzhou 350000 Fujian China
（ ， ， ， ， ）
To optimize the mechanical characteristics of deep foundation pit support structures under unbalanced loads, this paper
Abstract:
took a specific station of the Fujian Rail Transit as a case study. By developing a simulation model of the deep foundation pit support
structure, the variation laws of the maximum axial force, maximum shear force, maximum bending moment of the support, and the
maximum vertical displacement of the soil under different excavation working conditions were systematically analyzed. The results show
that as the excavation progresses, the maximum axial force of the internal support and the vertical displacement of the soil initially
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increase rapidly and then decrease approximately linearly. The sudden change point of the curve occurs at the third stage of the
excavation. The maximum shear force and maximum bending moment of the internal support exhibit an approximately linear increasing
trend, and the increase levels off after the fourth stage of excavation. In summary, adding support can improve the mechanical properties
of deep foundation pit support structures under unbalanced loads.
Keywords: deep foundation pit; finite element model; unbalanced load; supporting structure; mechanical property
〇
0 引言 角度分析了深基坑新型支护结构及相关联合支护结 二五年 第六期
7
随着城市轨道交通的蓬勃发展，深基坑工程被 构力学特性；张阅荣［ ］通过拆撑方式分析了软土深
1 2
广泛应用［ - ］。深基坑施工过程中面临复杂的地质 基坑施工过程力学特性。然而，针对非平衡荷载作
条件和周边环境，其支撑结构力学问题日益凸显，严 用下深基坑支撑结构力学特性的研究相对较少。因
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重影响深基坑的耐久性与安全性［ - ］。目前，研究者 此，本文以福建轨道交通某车站为例，通过有限元软
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已开展了深基坑支撑结构力学特性方面的研究并取 件 建立深基坑支撑结构模型，模拟分析
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得一定成果。其中，王永翔［ ］针对中国二重集团淬 不同开挖工况对内支撑最大轴力、最大剪力、最大弯
6
火装置分析了深基坑支护结构；董建华等［ ］从不同 矩以及土体最大竖向位移等力学特性的影响，以期
科技前沿
2
为优化深基坑支撑结构设计提供理论支撑。 况。深基坑支撑结构模型如图 所示。
1 工程概况
·新闻信息
对于福建轨道交通某车站项目，主体结构为现浇
钢筋混凝土框架结构，其深基坑围护形式采用地下连
m
续墙和内支撑交叉围护，平面长为 ，宽最小值
m m m
为 ，宽最大值为 ，开挖深度为 ，周
围土层主要为粉质黏土（夹淤泥）及杂填土等。基坑
1 3 a
安全等级为 级，围护使用年限为 。地下连续墙
m m 5 1
长度为 ，厚度为 ，共 道支撑，第 道支撑
2~5
材料为钢筋混凝土，第 道支撑材料为钢管。周边
m 2
P 152 河道蓝线距主体基坑的最小距离为 ，距 层冷
m
冻机房的最小距离为 。基坑围护剖面结构如
工程与应用 1 图 2 深基坑支撑结构模型
图 所示。 Model of deep foundation pit support structure
计算参数
土层分别设为杂填土、粉质黏土（夹淤泥）、中
砂、砾石、高塑性黏土、砂土等，各土体物理力学参数
1
见表 。其中，粉质黏土中存在淤泥层，颜色为棕褐
色，承载性能较差；中砂层为细砂，其力学状态为塑
性，承载性能一般；砾石的力学状态为弹性，承载性
能良好；高塑性黏土的力学状态为黏塑性，承载性能
一般；砂土为粗砂，力学状态同样为黏塑性，承载性
能良好。
表 1 土体物理力学参数
图 1 基坑围护剖面 Physical and mechanical parameters of soil mass
/ / / /
上海建材 二 The foundation pit support section 厚度 土体重度 黏聚力 摩擦角 土体压缩
土层类别 m kN m−3 kPa ° /MPa
（ · ） （） 模量
杂填土
2 模型建立 粉质黏土
在所建深基坑三维有限元模型中，根据结构与 粉质黏土
夹淤泥
材料的不同力学特性，分别选用了相适应的单元类
Mohr Coulomb 粉质黏土
型进行精确模拟。土体部分采用 - 弹塑 中砂
0
〇 性本构模型，以合理反映土体在荷载作用下的弹塑 砾石
二五年 第六期性响应特性；支护结构及内支撑则根据其受力特点 高塑性
黏土
选用梁单元与板单元进行模拟。在模型边界条件设
4 砂土
置方面， 个侧面限制水平位移，底部边界设置为固
定约束，以符合实际地层受力和变形条件；同时，土
5 1
层边界设定为排水条件，以准确模拟基坑开挖过程 该基坑工程中的支撑数量设置为 道，其中第
300 mm×300 mm
中孔隙水压力的消散行为。施工过程的模拟通过 道为钢筋混凝土支撑，截面尺寸为
2~5 609 mm
“激活”与“冻结”相应类组和结构对象来实现，逐步 的正方形；第 道为钢管支撑，支撑直径为 ，
12 mm 2
再现基坑分步开挖、支撑安装及结构施作的完整工 壁厚为 。该基坑支撑结构力学参数见表 。
科技前沿
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表 2 支撑结构力学参数 由图 可知，随着开挖阶段的增加，深基坑内支
Mechanical parameters of the support structures 撑最大轴力呈先迅速增大后近似线性减小的趋势，曲 ·
/ / 3 1 新闻信息
土体重度 弹性模量 /m2
支撑 kN m−3 MPa 松柏比 截面积 线突变点发生在开挖第 阶段处。在开挖第 阶段
（ · ） kN 2
1 30 000
第 道混凝土支撑 时，支撑最大轴力为 ；在开挖第 阶段时，支
2~5 35 000 kN 1
第 道钢支撑 撑最大轴力为 ，与开挖第 阶段时相比，支
% 3
撑最大弯矩增大了 ；当开挖阶段增加至第 阶
1 kN
段时，支撑最大轴力达到峰值，为 ，相较于
计算工况 2 %
开挖第 阶段时，内支撑最大轴力增大了 ，相
首先施作四周地下连续墙及临时立柱，降水加 1 % 4
1 较于开挖第 阶段增大了 ；在开挖第 阶段
固基坑；其次开挖至第 道混凝土支撑底标高及整 1 kN 3
2~5 时，支撑最大轴力为 ，相较于开挖第 阶
体浇筑，接着开挖并设置第 道钢支撑；最后开挖 %
至坑底并施作接地网、垫层、防水层及结构地板。开 段时支撑最大轴力增大了 ；当开挖阶段增加至 P 153
5 5 kN 4
挖阶段共包括 次，分别为开挖至各支撑位置处。 第 阶段时，支撑最大轴力为 ，与开挖第
% 工程与应用
支撑结构混凝土材料的选择与配合比设计 阶段时相比，支撑最大轴力减小了 。相较于
1 C30 3 %
工程中第 道支撑采用 钢筋混凝土，其配合 第 阶段时，支撑最大轴力减小了 。这是由于
比设计需综合考虑强度、工作性与耐久性要求。水 建筑物内支撑轴力较大处位于临近建筑物一侧基坑
P O
泥选用 · 级，水灰比控制在 以下，掺入适 中心有荷载的位置，表明非平衡荷载使基坑轴力
20%