斜撑支护体系及其相关理论

斜撑支护体系及其相关理论

岳云鹏

广州大学土木工程学院广东广州510000

摘要：斜撑支护体系作为一种常见的基坑支护形式，其在施工过程中能有效避免和减少对周边土体的扰动，且占用的坑内空间较少，加上经济性及周期短等特点，使其在工程建设领域有着很高的应用价值。本文分析了斜支撑材料形式及特点与斜撑支护体系的受力，结果可为相应工程提供参考。

关键词：基坑；斜撑；支护体系

1引言

斜撑支护体系作为一种常见的基坑支护形式，其在施工过程中能有效避免和减少对周边土体的扰动，且占用的坑内空间较少，加上经济性及周期短等特点，使其在工程建设领域有着很高的应用价值。目前，对该支护形式的研究工作正不断深入，越来越多的研究成果将陆续呈现。

2.斜支撑材料形式及特点

2.1钢筋混凝土斜支撑

钢筋混凝土斜支撑具有刚度较大，控制基坑变形能力较好等优点。但在施工过程中，其模板固定及角度调整较为困难，且浇筑施工中若振捣不均匀，易导致钢筋混凝土斜撑刚度达不到要求；而且该类斜支撑需要较长的养护时间，拆撑时需要切割或爆破，无法重复利用，造价较高[1]。

2.2钢管斜支撑

该类斜支撑常用材料为φ609钢管，其安装和拆卸相对便捷，且工期较短，斜撑材料可重复利用，造价较低，对周边环境影响较小。但该类斜撑在安装时，对焊接质量要求较高，且钢管易受外界温度影响发生变形，导致基坑产生附加变形[2]。

2.3装配式型钢格构斜支撑

该类斜支撑的主要构件有：双拼H型钢、缀板、端头板、锚固板和加压端。此类斜支撑可施加预应力，使其控制基坑变形更为主动。且安装和拆卸也极为方便，工期最短，材料的重复使用率最高，工程造价较低。对周边环境影响小，是一种值得大力推广的新型斜支撑[3]。

3斜撑支护体系的受力分析

3.1斜支撑体系受力分析方法

合理的选择理论分析方法对分析斜撑支护体系的受力性状至关重要。而从分析角度出发，主要的理论分析方法分为整体分析法和两阶段分析法。前者是将基坑和支护结构看作一个整体，考虑支护条件及开挖过程等情况，进行离散化数值模拟，但由于计算量过大，现场情况较为复杂等原因，使得该方法在设计环节中使用率偏低。而两阶段法更容易被设计人员所接受，该方法是利用已知的土体自由场位移来求得支护桩的变形和弯矩；且目前对土体自由场变形的研究也较为完善，相关经验也较为丰富，这使得两阶段法在支护设计中更容易被采用。

两阶段分析法主要包含以下两种分析方式：一是边界元法，该法是由Poulos及其学生共同提出的，主要用来对支护桩进行线性分析，但推广至非线性分析较为困难。二是对支护桩问题进行简化，简化为地基梁问题，从而可以使用多种方法进行求解。如有限元法、有限差分法及解析方法。在地基模型的选取上，可以选择Winkler地基模型，也可以选择Mindlin解或弹性半空间地基模型。

两阶段分析法主要从下面两个阶段展开计算：第一阶段为开挖引起的坑外土体自由场位移计算；第二阶段是基于Winkler地基模型，首先得出单桩状态下位移控制方程及其差分方式，然后再考虑斜撑体系对土体的约束作用，利用Mindlin解析解计算出土体水平位移传递系数，并考虑桩基与支护桩的相互作用，结合遮拦效应计算出遮拦位移；最后通过叠加原理，计算出斜撑支护体系在基坑开挖过程中的位移和内力。

3.2土体自由场位移计算

坑外土体自由场位移的计算方法主要有以下三种：经验法、有限元法和解析法。经验法较为简单，但存在一定的局限性；有限元法能较准确的预测土体变形，但其计算较为复杂。

3.3支护桩受力变形分析

在近似计算中，作如下假定：

采用Winkler地基模型，并将支护桩等效成弹性地基梁；不考虑支护桩的轴力作用；用弹簧代替桩土间的相互作用，并假定桩土接触紧密且变形协调。

从而得出单桩受土体水平位移影响的变形方程为：

上式为0节点处桩体变形，同理代入1，…，n-1，n节点的边界条件，也可得到类似方程，联立方程组即可得到每个节点的水平位移。

同理，根据变形控制要求，也可以得到桩体的剪力与弯矩，依此便可进行桩体的强度设计。

4结论

斜撑支护体系作为一种常见的基坑支护形式，其在施工过程中能有效避免和减少对周边土体的扰动，且占用的坑内空间较少，加上经济性及周期短等特点，使其在工程建设领域有着很高的应用价值。本文分析了斜支撑材料形式及特点与斜撑支护体系的受力，结果可为相应工程提供参考。

参考文献:

[1]曹笑颦.排桩加斜抛撑支护体系在深基坑中的应用[J].土木工程与管理学报,2013,30(01):39-44.

[2]元翔,孙玉永,宫全美,周顺华.世博轴深大基坑逆作法施工变形控制研究[J].岩土工程学报,2009,31(07):1127-1132.

[3]沈晶晶.装配式型钢斜抛撑在基坑支护工程中的应用[J].山西建筑,2016,42(07):98-99.