基坑开挖对支护结构影响探究

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1、基坑开挖对支护结构影响探究　　摘要：深基坑工程常处于密集的既有建筑物、道路工程、地下管线、地铁等地下工程的近旁。基坑工程虽属临时性工程，但其技术难度较大，基坑工程设计施工稍有不慎，不仅将危及基坑本身的安全，而且殃及邻近的建筑，造成巨大的损失。本文分析土方水平方向开挖过程对内支撑支护结构体系的内力的影响，并结合工程实例，得出水平方向土方开挖过程对支护结构内力有较大的影响。关键字：支撑内力；土方开挖；支护结构内力；中图分类号：TV551.4文献标识码：A文章编号：0.引言7目前，人们已发展了几种基坑支护设计理论，如平衡法、等值梁法

2、、二分之一法，弹性法、山邦肩南法等，这些方法都是以传统的静力平衡为依据，进行结构的内力分析，但不能准确计算支护结构的变形，不能考虑支护结构与土的相互作用。随着计算技术的发展，数值分析法在基坑支护设计中得到迅速的发展，特别是以弹性抗力为基础的杆系有限元方法，不仅能考虑支护结构与土体的相互作用，又能较准确地计算结构的内力与变形，计算方法较固体力学有限元方法简单，该方法已被有关基坑设计技术规范推荐为支护结构的设计计算方法。然而传统的方法只考虑平面受力，没有考虑结构的空间效应，在计算过程中，割裂了施工的连续性，没有考虑开挖过程中支护结

3、构内力与变形的变化过程。1.现有支撑结构内力计算方法在现有的基坑支撑内力计算理论和软件中，其支护结构内力，包括支撑内力，大部分是采用弹性法进行计算，对于周边支护结构荷载相同、支撑体系采用对撑并沿具有较大刚度的腰梁或冠梁等间距布置时，支撑水平刚度系数kT可按下式计算：（1）式中：kr——支撑结构水平刚度系数；a——与支撑松弛有关的系数，取0.8～1.0；E——支撑构件材料的弹性模量；A——支撑构件断面面积；L——支撑构件的受压计算长度；s——支撑的水平间距；sa——水平荷载计算宽度取排桩的中心距。7现行的基坑理论和软件，都是假设

4、一个开挖面的深度，然后根据开挖深度计算土压力和支护结构内力，即仅考虑了垂直方向土方开挖的过程。对水平方向土方开挖的过程，也就是土方从基坑的某一侧挖到另一侧的过程，究竟这个过程对支护结构的内力有没有影响？怎么样影响？规范和软件都是没有考虑到的。支护结构的内力是否只跟开挖深度有关？2.实例说明下面通过实例说明，采用内支撑的支护型式对基坑进程支护后，其支护结构的内力受水平方向土方开挖过程的影响十分明显。一个长方形的小基坑，长30米，宽15米，深5米，采用钢板桩+内支撑的支护型式，支撑间距5米，平面及剖面如下图：图1基坑支护平面图图2

5、基坑支护剖面图根据上述公式，钢管的水平刚度系数kT为：（α取0.8，A=5956mm2）=2×0.8×2.1×10×5956×1000/(15000×5000)=26682N/mm=26.682MN/m根据水平刚度系数计算结果，输入软件（理正深基坑）后计算，其内力计算结果如下：顶部位移12.94mm，支撑轴力计算值N=321.32kN，弯矩173.63kN/m，剪力69.56kN。图3桩体变形示意图7从图3可以容易看出，钢管内支撑的水平刚度系数公式中，系数“2”就是由于钢管的实际变形是基坑水平位移量δ的2倍，即基坑位移为δ，

6、钢管的轴力相当于压缩了2δ的轴力，所以对于单元计算，要把钢管刚度提高一倍来与钢管实际内力相一致。3.实际土压力开挖进程上述计算结果是按照理想情况下，土方一次性同时挖到指定标高，支护结构内力及位移的计算结果。但实际情况是，土方开挖水平方向不可能在整个支护结构范围同时挖到一个标高，只能够一段一段局部的开挖，从基坑的一侧一步一步的挖到另外一侧。因此，对于大部分实际工程，土方开挖实际过程应该如下图的①→②→③的过程：（1）基坑右侧先开挖，右侧发生δ1的位移，支撑产生大小为N1的轴力，同时对基坑左侧施加了N1的预应力，左侧发生往坑外δ2

7、的位移，δ2相对于δ1较小。（2）基坑继续往左边开挖，基坑左侧逐渐向坑内位移，基坑右侧位移逐渐减少，支撑轴力逐渐增加（N2>N1）。（3）基坑两侧挖到坑底，基坑右侧最终变形量为δ3，左侧最终变形量为δ4，支撑最终轴力为N3。7从以上实际土方开挖过程可以看出，在①号工况时，右侧基坑已经开挖到坑底，但左侧还没有开挖，这时候基坑支护结构将发生如图①的位移，右侧往基坑里面位移为δ1，左侧网坑外位移了δ2，显然δ1>δ2，钢管支撑轴力为N1=EA*(δ1-δ2)/L。这时，对于右侧支护结构，其支撑刚度为k1=N1/δ1=EA*(δ1-δ

8、2)/(δ1*L)，由于δ2相对δ1较小，则k1=k=EA/L=83.384MN/m，其水平刚度系数kT1为：kT1=k1*α*sa/s=13.34MN/m。可以看出，单边开挖时，其支撑的实际水平刚度系数仅约为理论公式值的一半，相当于仅开挖一侧发生水平位移，另外一侧基本不动。