差异荷载环境下基坑内支撑选型研究

许美

摘 要：本文以某非对称荷载条件下基坑为例，对比分析四种不同布置形式的内支撑的内力和变形，确定此类基坑较为合理的内支撑布置形式。结果表明，非对称荷载条件下基坑支护选择圆环内支撑体系是科学合理的，圆环内支撑对变形的控制十分有效；合理布置连杆及角撑可以大幅降低非对称荷载对内支撑内力变形的不利影响。

关键词：非对称荷载；内支撑；连杆；角撑；内力变形

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）9-0054-02

1引言

在进行基坑内支撑系统设计时，往往需要在综合考虑具体基坑工程的特点、工程地质条件及周边环境等要素的基础上提出若干个较为合理的内支撑类型和布置方案，再通过对各个方案的研究和分析，找到最为合理的内支撑类型和布置形式。[1-2]由于非对称荷载的存在，本基坑内支撑在空间上势必会受到差异化荷载的作用。在基坑设计时，合理的内支撑形式和布置方式可以很大程度上降低非对称荷载对内支撑体系的影响，使其内力变形得到有效控制。

2工程概况

由于本基坑处于山坡地段，自然地形导致其受非对称荷载作用。具体荷载分布详见表1。

3模型建立

本基坑内支撑模型的材料类型共有5种，它们的具体参数详见表2。内支撑模型中节点共有96个，单元总数共计178个，具体可分为围檩（编号为E1-E41）、圆环支撑（E42-E73）、主桁架支撑（E74-E144，E163-E178）及连杆（E145-E162）。

建立四种不同布置形式的内支撑：图2所示的为第一种内支撑布置形式；图3所示的为第二种内支撑布置形式，该内支撑体系中不设置角撑；图4所示的为第三种内支撑布置形式，该内支撑体系中不设置连杆；图5所示的为第四种内支撑布置形式，该内支撑体系为对撑。

4计算分析

经计算得到内支撑各杆件的内力及各节点的位移，对计算结果信息进行数理统计，得到了四种内支撑布置形式下的杆件内力最大值和节点位移最大值，详见表3。另有四种内支撑布置形式下杆件节点位移如下图6，其杆件内力图由于篇幅所限不再罗列。由表3可知：第一种布置形式的内支撑的节点最大位移为4mm，而第四种布置形式的内支撑的节点最大位移为12.5mm，其节点最大位移比前三种布置形式的内支撑的最大节点位移大，说明在约束基坑变形方面，圆环内支撑的刚度大于对撑的刚度，可以有效地控制基坑变形。对比第一种和第二种布置形式的内支撑，虽然第二种内支撑的最大节点位移比第一种内支撑稍大，但其杆件的最大弯矩和最大轴力均比第一种内支撑大。对比分析第一种与第三种内支撑，虽第三种内支撑杆件的最大内力较小，但其节点最大位移达到11mm，其刚度较小，不利于基坑变形的约束。

与后三种布置形式的内支撑相比，第一种内支撑的内力分布均匀，杆件间内力悬殊较小，且第一种内支撑的整体刚度较大，内支撑各节点位移较小，内支撑变形较小。5选型分析

一般来说，圆环内支撑体系很少运用于偏压状态下的深基坑工程中。这主要是由圆环内支撑自身受力变形特征所决定的，即圆环内支撑受力均匀性要求高，对基坑土方施工单位的管理与技术能力要求高，而偏压状态下的圆环内支撑各受力杆件的内力分布不均匀，变形差异较大。但是，圆环内支撑在均匀围压下受力变形合理，可以充分发挥混凝土的抗壓性能，刚度大，可以有效控制由于基坑开挖所导致的基坑变形。其次，圆环内支撑的无支撑面积大，出土空间大，可以大幅度提高基坑土方的出土速度，缩短工期。由上节分析可知，对撑的节点最大位移为12.5mm，其他三种布置形式的圆环内支撑的最大节点位移均比对撑小，圆环内支撑控制变形的效果明显比对撑好，所以，选取圆环内支撑体系作为本基坑的内支撑是较为合理的选择。由上节对三种不同圆环内支撑的分析可知，第一种布置形式的圆环内支撑不仅在约束变形方面最为有效，且其内力的分布最为均匀，故在进行圆环内支撑布置时选择上节中第一种内支撑布置形式，在基坑北侧（即围压较大一侧）设置3道角撑来消除非对称荷载对圆环内支撑受力变形的影响，且设置了数量若干的连杆，增加内支撑体系的刚度，使内支撑受力均匀且变形较小，从而有效地控制基坑的变形。综上分析可知，在合理使用角撑和连杆的条件下，可以考虑在偏压状态下选择圆环内支撑。

6结论

（1）在非对称荷载条件下，基坑支护选择圆环内支撑体系是科学合理的，圆环内支撑对变形的控制十分有效。

（2）在消除非对称荷载对内支撑内力变形的不利影响方面，连杆及角撑的存在起到很好的积极作用，故在对既有边坡条件下基坑内支撑杆件进行布置时，应设置数量若干的连杆和角撑，使内支撑受力均匀，变形较小。

参考文献：

[1]刘建航，候学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[2]陈祖煜.深基坑支护技术指南[M].北京.中国建筑工业出版社，2012.265.