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支撑式支挡结构因其对基坑变形有较好的控制效果,在深基坑工程中被广泛应用。虽然目前总体上已有较为完善的理论基础和施工技术,但关于钢管内支撑合理的预加轴力范围研究尚少,且对于土质条件较好的地区,相关规范给定的偏大的预加轴力反而使支护结构内力增大,不仅造成材料浪费,有时甚至人为增大工程风险。基于这种情况,选择郑州市轨道交通4号线如意湖北站基坑工程标准段为研究实例,探索钢管内支撑预加轴力合理范围。实例工程基坑采用地下连续墙与内支撑支护结构,标准段内共设4道内支撑,其中第1、3道为现浇钢筋混凝土内支撑,第2、4道为钢管内支撑。通过现场试验和有限元模拟等方法,对不同幅值钢管内支撑预加轴力下支护结构的内力和变形进行了研究,主要研究内容及结论如下:(1)在实例工程基坑中选取6个试验断面,分别对各试验断面中第2、4道钢管内支撑施加不同的预加轴力,对比分析了不同预加轴力下各内支撑轴力、地下连续墙变形以及地表沉降的发展规律。试验结果表明:在基坑深部,第3道钢筋混凝土内支撑在限制基坑变形方面具有重要作用;履带吊车作业区域附近地下连续墙深层水平位移明显增大;墙后被支护土体最大深层水平位移小于地下连续墙;地下连续墙及其2m范围内的地表均呈隆起状态。(2)从工程实际出发,分别建立实体单元钢管内支撑与梁单元钢管内支撑有限元模型,对比分析了相同荷载下两种内支撑刚度的不同。结果表明:梁单元钢管内支撑的刚度远大于实际工程中钢管内支撑的刚度,建议当增量法计算和有限元模拟使用梁单元时,应对钢管内支撑刚度进行适当折减。(3)通过现场试验和有限元模拟,分析了钢管内支撑预加轴力的改变对支护结构内力和变形的影响范围和幅度。结果表明:改变预加轴力对钢管内支撑自身和其相邻上层钢筋混凝土内支撑轴力有较大影响,同时对钢管内支撑附近墙体局部变形有影响。(4)分别以0.1~0.8倍的设计轴力为预加轴力进行有限元模拟,综合对比各方案下内支撑轴力和地下连续墙墙体水平位移认为:具有与实例工程相近工程地质条件及相同支护形式的基坑工程,钢管内支撑合理预加轴力为0.2~0.3倍的设计轴力。(5)在“几何分配法”的理论基础上,对钢管内支撑合理预加轴力的估算方法进行改进,提出相邻内支撑间土层的分界点应按其刚度进行分配的“刚度分配法”,并以实际工程为例,证明了“刚度分配法”优于“几何分配法”。