浅析拱形支撑结构在基坑工程中的应用效果(一)

浅析拱形支撑结构在基坑工程中的应用效果
宋明健1, 2   丁晓波1   汤连生2
(1.中国十九冶集团有限公司，成都 610031；2.中山大学地球科学系，广州 510275)

摘要：基坑变形分析及其控制技术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简要介绍；接下来，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不足进行了总结；最后，结合基坑变形特点及拱形结构可以在较小竖向荷载作用下产生较大横向张力的功能，对拱撑应用于基坑环境下的有益效果进行了较为全面的分析，指出拱撑支护系统可以实现基坑的变形动态控制与调节，最大程度地确保基坑的安全与稳定。
关键词：基坑; 支撑; 支护; 变形控制

Analysy on application effect of arc brace in foudation pit
Song ming-jian 1，2； Ding xiao-bo1；Tang Lian-sheng 2
（1.China 19th Metallurgical Corporation, CHENGDU 610031; 2. Department of Earth Sciences，Sun Yat-Sen University，Guangzhou 510275)
ABSTRACT： The deformation analysis and control technology is one of hot and difficult problem in geotechnique engineering. Firstly, the deformation is briefly introduced after the excavation unloading. Secondly, the straight brace supporting system in foundation pit, which can not restore the deformation and adapt to the regulatory uncertainty, is summarized. Finally, combined with the deformation characteristics in foundation pit and the function that arch structure can perform larger heretical load by the smaller vertical load, the beneficial effect of arc brace applied in foundation pit is analyzed comprehensively. Conclusions can be pointed that arch support system can realize to control and adjust dynamically the deformation.
KEYWORDS：Foundation pit;  Brace;  Supporting;  deformation controlling

1、引 言
 由于岩土的流变特性，开挖扰动后的基坑，必然打破原有环境下的应力-应变动态平衡，使得坑壁及坑周较大范围内出现不同程度的变形[1-3,5-7]。这种变形的不均匀性及其累积，严重威胁着基坑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有效并及时地控制，使得基坑变形始终处在强度控制标准和变形控制标准[2-4]之内，是岩土工程界及学术界一直努力的方向之一[1,8]。
 拱是一种最常用的工程结构形式，其最大的特点在于，在拱背承受较小竖向荷载作用下拱脚即会产生较大的横向水平推力[8,10]。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较强的特点。
 本文结合基坑变形演化规律和拱结构的力学效应特点，对拱形结构作为支撑（简称拱撑），应用于基坑环境的有益效果进行分析。
2、基坑变形规律
 如图1所示，开挖扰动后的基坑，其坑壁必然向坑内发生不同程度的内倾变形[5-9]，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。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，使得坑后地面出现不同程度的下沉[6-7,9]。下沉后的地面多为曲线分布，该曲线的具体分布规律，因土体流变特性不同而不同。

3、现有支撑的特点及不足[8]
 目前，基坑支护所使用的支撑，如角撑、水平撑、斜撑、衍架撑、井字撑等，都是采用如图2所示的直线形支撑（简称直撑）结构，即用直线型结构及其组合水平或倾斜地架设在连续墙、桩体或者环梁等围护结构的一定高程上，以抵挡由于开挖卸荷及其他不确定因素引起的土压力和坑壁坑周可能出现的过大变形。
  
 
 但直撑支护方法由于其特定的结构形式，故存在以下一些不足：
 1）对支撑前坑壁坑周已有变形不具恢复能力。基坑开挖到已设计支撑的安装并发挥作用必定存在一定的时间间隔，由于侧向卸荷作用，该时间段内坑壁坑周已向坑内产生了一定的位变，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所示，Δ为坑壁在支撑点处发生的初始位变量。直撑作用下，这部分变形是永久性的，不可恢复。

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