差異荷載環境下基坑內支撐選型研究

許美

摘 要：本文以某非對稱荷載條件下基坑為例，對比分析四種不同布置形式的內支撐的內力和變形，確定此類基坑較為合理的內支撐布置形式。結果表明，非對稱荷載條件下基坑支護選擇圓環內支撐體系是科學合理的，圓環內支撐對變形的控制十分有效；合理布置連桿及角撐可以大幅降低非對稱荷載對內支撐內力變形的不利影響。

關鍵詞：非對稱荷載；內支撐；連桿；角撐；內力變形

中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）9-0054-02

1引言

在進行基坑內支撐系統設計時，往往需要在綜合考慮具體基坑工程的特點、工程地質條件及周邊環境等要素的基礎上提出若干個較為合理的內支撐類型和布置方案，再通過對各個方案的研究和分析，找到最為合理的內支撐類型和布置形式。[1-2]由于非對稱荷載的存在，本基坑內支撐在空間上勢必會受到差異化荷載的作用。在基坑設計時，合理的內支撐形式和布置方式可以很大程度上降低非對稱荷載對內支撐體系的影響，使其內力變形得到有效控制。

2工程概況

由于本基坑處于山坡地段，自然地形導致其受非對稱荷載作用。具體荷載分布詳見表1。

3模型建立

本基坑內支撐模型的材料類型共有5種，它們的具體參數詳見表2。內支撐模型中節點共有96個，單元總數共計178個，具體可分為圍檁（編號為E1-E41）、圓環支撐（E42-E73）、主桁架支撐（E74-E144，E163-E178）及連桿（E145-E162）。

建立四種不同布置形式的內支撐：圖2所示的為第一種內支撐布置形式；圖3所示的為第二種內支撐布置形式，該內支撐體系中不設置角撐；圖4所示的為第三種內支撐布置形式，該內支撐體系中不設置連桿；圖5所示的為第四種內支撐布置形式，該內支撐體系為對撐。

4計算分析

經計算得到內支撐各桿件的內力及各節點的位移，對計算結果信息進行數理統計，得到了四種內支撐布置形式下的桿件內力最大值和節點位移最大值，詳見表3。另有四種內支撐布置形式下桿件節點位移如下圖6，其桿件內力圖由于篇幅所限不再羅列。由表3可知：第一種布置形式的內支撐的節點最大位移為4mm，而第四種布置形式的內支撐的節點最大位移為12.5mm，其節點最大位移比前三種布置形式的內支撐的最大節點位移大，說明在約束基坑變形方面，圓環內支撐的剛度大于對撐的剛度，可以有效地控制基坑變形。對比第一種和第二種布置形式的內支撐，雖然第二種內支撐的最大節點位移比第一種內支撐稍大，但其桿件的最大彎矩和最大軸力均比第一種內支撐大。對比分析第一種與第三種內支撐，雖第三種內支撐桿件的最大內力較小，但其節點最大位移達到11mm，其剛度較小，不利于基坑變形的約束。

與后三種布置形式的內支撐相比，第一種內支撐的內力分布均勻，桿件間內力懸殊較小，且第一種內支撐的整體剛度較大，內支撐各節點位移較小，內支撐變形較小。5選型分析

一般來說，圓環內支撐體系很少運用于偏壓狀態下的深基坑工程中。這主要是由圓環內支撐自身受力變形特征所決定的，即圓環內支撐受力均勻性要求高，對基坑土方施工單位的管理與技術能力要求高，而偏壓狀態下的圓環內支撐各受力桿件的內力分布不均勻，變形差異較大。但是，圓環內支撐在均勻圍壓下受力變形合理，可以充分發揮混凝土的抗壓性能，剛度大，可以有效控制由于基坑開挖所導致的基坑變形。其次，圓環內支撐的無支撐面積大，出土空間大，可以大幅度提高基坑土方的出土速度，縮短工期。由上節分析可知，對撐的節點最大位移為12.5mm，其他三種布置形式的圓環內支撐的最大節點位移均比對撐小，圓環內支撐控制變形的效果明顯比對撐好，所以，選取圓環內支撐體系作為本基坑的內支撐是較為合理的選擇。由上節對三種不同圓環內支撐的分析可知，第一種布置形式的圓環內支撐不僅在約束變形方面最為有效，且其內力的分布最為均勻，故在進行圓環內支撐布置時選擇上節中第一種內支撐布置形式，在基坑北側（即圍壓較大一側）設置3道角撐來消除非對稱荷載對圓環內支撐受力變形的影響，且設置了數量若干的連桿，增加內支撐體系的剛度，使內支撐受力均勻且變形較小，從而有效地控制基坑的變形。綜上分析可知，在合理使用角撐和連桿的條件下，可以考慮在偏壓狀態下選擇圓環內支撐。

6結論

（1）在非對稱荷載條件下，基坑支護選擇圓環內支撐體系是科學合理的，圓環內支撐對變形的控制十分有效。

（2）在消除非對稱荷載對內支撐內力變形的不利影響方面，連桿及角撐的存在起到很好的積極作用，故在對既有邊坡條件下基坑內支撐桿件進行布置時，應設置數量若干的連桿和角撐，使內支撐受力均勻，變形較小。

參考文獻：

[1]劉建航，候學淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1997.

[2]陳祖煜.深基坑支護技術指南[M].北京.中國建筑工業出版社，2012.265.