深基坑逆作法施工中地下结构与支护体系协同受力分析

一、引言

随着城市建设的快速发展，高层建筑与地下空间开发日益增多，深基坑工程规模不断扩大。逆作法作为一种先进的深基坑施工技术，因其具有缩短工期、减少对周边环境影响等优势，在城市中心区域的深基坑工程中得到广泛应用 。在逆作法施工过程中，地下结构与支护体系共同承担土体荷载及其他外部荷载，二者协同受力情况直接影响深基坑工程的安全性与稳定性 。然而，由于逆作法施工工序复杂，地下结构与支护体系的受力状态随施工进程动态变化，协同受力机理尚不明确，给工程设计与施工带来诸多挑战 。

二、深基坑逆作法施工特点及协同受力研究的重要性

（一）逆作法施工特点

深基坑逆作法施工打破传统顺作法由上至下的施工顺序，采用地上结构与地下结构同步施工的方式 。施工时，先施工地下连续墙等支护结构，随后自上而下施工地下室各层楼板，利用楼板作为内支撑，逐步开挖土方并施工地下结构 。这种施工方式具有明显优势，如可有效减少基坑变形，降低对周边建筑物和地下管线的影响；地上与地下结构同步施工，能够缩短整体工期；同时，由于楼板作为内支撑，可减少临时支撑的使用，降低工程造价 。但逆作法施工也存在施工工序复杂、各工序衔接要求高、施工难度大等问题 。

（二）协同受力研究的重要性

在逆作法施工中，地下结构与支护体系并非独立工作，而是相互关联、协同受力。支护体系承担着基坑开挖过程中的土体侧压力等荷载，并将荷载传递给地下结构；地下结构则通过与支护体系的连接，共同抵抗外部荷载，维持基坑的稳定 。准确分析二者的协同受力情况，对于合理设计支护体系和地下结构至关重要 。若协同受力分析不准确，可能导致支护体系设计过强或过弱，造成资源浪费或安全隐患；同时，也可能影响地下结构的内力分布，导致结构出现裂缝、变形等问题，危及工程安全 。因此，开展地下结构与支护体系协同受力分析，是保障深基坑逆作法施工安全、高效进行的关键环节 。

三、深基坑逆作法施工中地下结构与支护体系协同受力原理

（一）荷载传递机制

在逆作法施工过程中，土体荷载、地下水压力等外部荷载首先作用于支护体系，如地下连续墙或排桩 。支护体系在承受荷载后，通过与地下结构的连接节点，将荷载传递给地下室楼板、梁、柱等地下结构构件 。例如，地下连续墙与地下室楼板通过预埋钢筋或接驳器连接，当支护体系受到土体侧压力时，力通过连接节点传递给楼板，再由楼板传递给梁、柱等构件，最终传递至地基 。这种荷载传递机制使得地下结构与支护体系形成一个整体，共同承担外部荷载 。

（二）相互作用关系

地下结构与支护体系在受力过程中相互作用、相互影响 。一方面，支护体系的变形会引起地下结构内力的变化 。当支护体系发生侧向位移时，会对与之相连的地下结构产生附加力，导致地下结构构件内力重新分布 。另一方面，地下结构的刚度和约束条件也会影响支护体系的受力状态 。若地下结构刚度较大，能够对支护体系提供更好的约束，限制支护体系的变形，从而降低支护体系所受的荷载 。二者之间的相互作用关系随着施工进程不断变化，在不同施工阶段，其协同受力特性也有所不同 。

四、影响地下结构与支护体系协同受力的因素

（一）地质条件

地质条件是影响协同受力的重要因素之一。不同的土质特性，如土体的强度、压缩性、渗透性等，会直接影响土体对支护体系的压力大小和分布 。在软土地基中，土体强度低、压缩性大，基坑开挖后土体变形较大，对支护体系产生的侧压力也较大，且容易引起支护体系与地下结构的不均匀变形 。地下水的存在也会改变土体的力学性质，增加土体的浮托力，对支护体系和地下结构的受力产生不利影响 。

（二）施工工艺

逆作法施工工艺复杂，各施工工序的顺序、施工进度等都会对协同受力产生影响 。例如，土方开挖的速度和顺序会改变土体应力释放的过程，进而影响支护体系和地下结构的受力 。若土方开挖速度过快，土体应力突然释放，可能导致支护体系产生较大的变形，影响其与地下结构的协同工作 。此外，地下结构与支护体系连接节点的施工质量也至关重要，连接节点的强度和可靠性直接影响荷载的传递效率，若连接节点施工质量不佳，会削弱二者的协同受力能力 。

（三）结构设计参数

地下结构与支护体系的设计参数，如支护体系的刚度、地下结构的尺寸和配筋等，对协同受力起着决定性作用 。支护体系刚度越大，在相同荷载作用下变形越小，能够更好地限制土体变形，减轻地下结构的受力 。地下结构的尺寸和配筋合理与否，直接影响其承载能力和抵抗变形的能力 。若结构设计参数不合理，会导致地下结构与支护体系受力不匹配，降低整体结构的稳定性 。

五、深基坑逆作法施工中地下结构与支护体系协同受力分析方法

（一）理论计算方法

理论计算方法主要基于经典力学和土力学理论，通过建立简化的力学模型来分析地下结构与支护体系的受力 。常用的方法有弹性地基梁法、有限元法等 。弹性地基梁法将支护体系视为弹性地基上的梁，通过求解梁的内力和变形来分析支护体系的受力，该方法计算相对简单，但对复杂地质条件和结构形式的适应性较差 。有限元法能够考虑土体、支护体系和地下结构的非线性特性，通过离散化模型进行数值计算，可较为准确地模拟地下结构与支护体系的协同受力过程，是目前应用较为广泛的理论计算方法 。

（二）现场监测法

现场监测法通过在施工过程中对支护体系和地下结构的位移、应力等参数进行实时监测，获取实际的受力和变形数据 。常用的监测手段包括位移监测、应力监测、沉降监测等 。通过现场监测数据与理论计算结果的对比分析，能够验证理论计算模型的准确性，及时发现施工过程中存在的问题 。例如，当监测到支护体系的位移超过预警值时，可及时采取措施进行处理，确保工程安全 。现场监测法是一种直观、可靠的分析方法，但监测成本较高，且监测数据的准确性受监测设备和环境因素的影响较大 。

六、结论与展望

本研究对深基坑逆作法施工中地下结构与支护体系协同受力进行了系统分析，明确了协同受力原理、影响因素及分析方法，并针对存在的问题提出了优化策略 。研究表明，深入了解地下结构与支护体系的协同受力特性，对于保障深基坑逆作法施工安全、提高工程设计和施工水平具有重要意义 。未来，随着计算机技术、监测技术和理论研究的不断发展，应进一步加强对复杂地质条件、新型支护结构和施工工艺下协同受力问题的研究，完善协同受力分析理论和方法，为深基坑逆作法施工提供更坚实的技术保障 。

参考文献

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