拱形支撑结构在基坑工程中的应用效果分析

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1、路基工程·156·SubgradeEngineering2011年第5期(总第158期)拱形支撑结构在基坑工程中的应用效果分析宋明健一，丁晓波，汤连生(1．中国十九冶集团有限公司，成都610031；2．中山大学，广州510275)摘要：基坑变形分析及其控制技术一直是工程界的热点和难点问题之一。首先对开挖卸荷后的基坑变形进行了介绍，然后对现有的直撑支护系统作用下，基坑变形的不可恢复、不可调节性及适应变形的不确定性等问题进行了总结；再结合基坑变形特点及拱形结构可在较小竖向荷载作用下产生较大横向张力的功能，对拱撑结构应用于基坑工

2、程的效果进行了分析，指出拱撑支护系统可实现基坑的变形动态控制与调节，最大程度地确保基坑工程施工的安全与稳定关键词：基坑；拱形支撑；直撑支护；变形控制中图分类号：TU473．2文献标志码：A文章编号：1003—8825(2011)05—0156—030引言使得坑后地面出现不同程度的下沉'。下沉后的地面由于岩土的流变特性，开挖扰动后的基坑，必然打多为曲线分布，该曲线的具体分布规律，因土体流变特破原有环境下的应力一应变动态平衡，使得坑壁及坑周性不同而不同。较大范围内出现不同程度的变形口。这种变形的不均匀性及其累积，严重威胁着基坑

3、本身及周围建构筑物的安全与稳定。如何有效地对开挖扰动引起的基坑变形进行足够并及时地控制，使得基坑变形始终处在强度控制标准和变形控制标准之内，是岩土工程界及学术界一直努力的方向之一。(a)刚性围护结构(b)柔性围护结构拱是一种最常用的工程结构形式，其最大的特点在(左壁为悬臂类，右壁为支锚类)于，在拱背承受较小竖向荷载作用下拱脚即会产生较大图1开挖后坑壁、坑底及坑周变形的横向水平推力。这种水平推力使得拱截面上的应力分布较为均匀，且更能发挥材料抗拉性能较差而抗压2现有支撑的特点与不足较强的特点。目前，基坑支护所使用的支撑，如角撑

4、、水平撑、本文结合基坑变形演化规律和拱结构的力学效应特斜撑、衍架撑、井字撑等，都采用如图2的直线形支撑点，对拱形结构作为支撑(简称拱撑)，应用于基坑环(简称直撑)结构，即用直线型结构及其组合水平或倾境的有益效果进行分析。斜地架设在连续墙、桩体或环梁等围护结构的一定标高上，以抵挡由于开挖卸荷及其他不确定因素引起的土压1基坑变形规律力和坑壁坑周可能出现的过大变形。开挖扰动后的基坑如图1，其坑壁必然向坑内发生不同程度的内倾变形，当坑壁围护结构为绝对刚性时，变形后的坑壁仍为直线，但变形量在坑顶最大，其大小自坑顶到坑底呈倒三角形分布

5、。当坑壁围护结构为柔性时，变形后的坑壁为挠曲线，其变形量在远离支点处较大。坑壁的变形，必然带动坑后坑周的土体发生移动，lIlIlII{图2直线型支撑收稿日期：2010—10—20但直撑支护方法由于其特定的结构形式，故存在以作者简介：宋明健(1977一)，男，四川广元人。高级工程师，博士，主要从事：[程勘察、基坑工程和岩土信息技术方面的研究下不足：工作。E—mail：songiianyi@sina．eom。(1)对支撑前坑壁坑周已有变形不具恢复能力。基万方数据宋明健，等：拱形支撑结构在基坑工程中的应用效果分析坑开挖到已设计支

6、撑的安装并发挥作用必定存在一定的如图4，则可极大程度地避免或减小直撑可能引起的时问间隔，由于侧向卸荷作用，该时间段内坑壁坑周已诸种不足所带来的影响。向坑内产生了一定的变位，施工扰动和地下水流场变化导致的坑周土体固结沉降也会增加这种位变量，如图3，T△为坑壁在支撑点处发生的初始位变量。直撑作用下，／——、＼这部分变形是永久『生的，不可恢复；II’{I’图4拱撑及受力同样地，拱撑施加后的坑壁坑周变形，仍主要由支撑施加前的坑壁初始位变量△、支撑材料的压缩变形量s和挠曲变形所引起，如图5。图3直撑系统及其变形(2)支撑材料的压缩变

7、形不可恢复。现有支撑都非绝对刚性材料，具有十分典型的弹塑性，在土压力作用下也会产生一定的纵向压缩s和挠度变形(挠曲变形图中未有表示)，如图3，进而增加坑壁坑周的变形量。在直撑作用下，这种压缩及挠曲所引起的坑壁变形也是永久性并不可恢复的，随着施工卸荷的进行，还有进一步增加的趋势；(3)对不确定因素引起的变形不具有调节控制能图5拱撑系统及其变形力。基坑本身的不确定因素极多，坑周荷载的不确定性、温度气候的不确定性、施工因素的不确定性、时空效应但是，使用拱撑不仅可以对开挖扰动所引起的坑的不确定性等等，这必然会引起坑壁土压力随时地发

8、生壁变形进行直接支挡，而且还具有以下一些直撑等支变化，即坑壁土压力是一个变动的量，而设计支撑时土护系统所不具有的优点’：压力采取的大都是确定的值，一次设计到位的直撑支护(1)可控制坑壁的变形量，减小坑壁已发生的系统对土压力的频繁变化及其相应变形不具有调节能力；变形量，甚至使坑壁恢复至开挖前的初始位置。(