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摘要：在进行基坑支护桩的设计过程中，往往会出现因其强度不足而导致的设计错误及因太过保守而导致浪费的情况。依据基坑支护的工程实例分析，对重要且极具意义的支护桩刚度，对基坑变形的影响因素分析进行相应的探究，从而得出支护桩刚度参数对基坑形变所产生的影响，并为支护桩的设计工作提供相应的理论依据参考。
关键词：基坑支护；影响因素分析；水平侧向刚度；嵌固深度
引言：随着城市建设的不断发展地下网络错综复杂且多样，从而为地下工程的建造造成了诸多的环境岩土问题。因为地质的勘探工作无法全面反映出真实的地下状况，具有很多的不确定因素；土体结构间的作用非常复杂，很多设计工作者在进行基坑的设计时因理论的缺失，而仅仅依靠其工作经验进行判断，因而常常会出现成本剧增，而工程问题却并没有得到有效的处理；部分情况下还会出现重大的安全事故。导致基坑的工程事故存在着很多影响因素，其中主要来源于支护桩的刚度影响。为此，本文主要以支护桩为研究对象，分析不同参数对基坑变形的影响，并对基坑的设计参数影响，通过数据进行展现，从而协助设计工作者掌握各项参数的设计对支护结构的影响，从而有助于深入掌握基坑支护桩刚度对各项基坑参数的影响。
一、基坑情况概述
某基坑的深度为6.5米，通过桩锚进行支护，支护桩间的横向距离为2米，纵向距离为3米，支护桩的直径为0.8米，间隔为1.6米，倾角为15°，长度为22.5米，锚索的固定段长度为17.0米，锚体半径75毫米。冠梁截面为0.8米×0.8米，超载量大约为20kPa。为了能工有效分析各项参数的影响，只使用粘性土，其粘力在20kPa左右，摩擦角度是15°[1]。
二、支护桩刚度影响因素分析
在一般的工程建设过程中，常安装冠梁以优化支护桩的形变状态及承载能力，并提高基坑的完整性，在对基坑的变形方面有着非常大的作用。然而在实际设计工作中，常常只作为安全设备，从而导致设计太过保守；部分情况下软件的计算也有着很大的误差，具有潜在的安全威胁。现阶段，有关标准也没有对支护桩刚度选择进行合理的规定，同时也反映出了这项参数的设计具有很大的模糊性。
（一）支护桩刚度对内应力的影响
对支护桩刚度进行不同值的计算时，研究其最大负弯矩、正弯矩、负剪力、正剪力等各项参数。剪力及弯矩的方向以指向基坑外为正、向内为负；基坑外的拉力为正弯矩、向内为负弯矩。通过计算所获得的支护桩内力与水平刚度间的关系方程能够看出，随着支护桩刚度的不断加大，支护结构的最大正负剪应力几乎没有影响；结构中的正剪力大部分情况下是由坑底向上的土压力降低与支撑杆及冠梁所受水平力提高所导致的；结构的负剪力大部分情况下都是因为基坑主动土压力及被动土压力依次增加、减小及水平支撑力降低所导致的。由于冠梁水平力及支撑力的关联性较大并大小相似，所以最大剪力并无明显变化。
在支护桩的刚度较小时，并未影响到其最大弯矩；然而当支护桩刚度高于0.1时，会显著影响最大弯矩，对最大负弯矩所产生的影响会远远超过正弯矩。正剪力转化成了负弯矩。负剪力转化成了正弯矩。冠梁就像给支护桩加装了一道箍，从而通过增加水平力的方式对桩顶向基坑变形进行限制。支护桩的最大负弯矩主要产生于基底之上，最大正弯矩产生于基底之下。
（二）刚度对内力最大值出现位置的影响
支护桩水平力的产生会导致原有支撑力的降低，并且减低非常小；然而冠梁处在支护桩的顶端，从而增加了支护桩的弯矩，危险点也就是最大负弯矩会稍稍往上移动。冠梁对支护桩的水平位移进行了限制，导致基坑内的土反作用力会出现降低，从而导致支护桩正弯矩的降低且危险点的向下移动[2]。
在支护桩刚度增加的情况下，因为支撑力要大于土层较浅部位的土层压力，结构的正剪力位置并无变化，依旧保持在原有的支撑部位，也就是坑顶向下的3.0米左右。结构的负剪力大部分情况下是疑问基坑主动土压力上升，被动土压力降低所导致的。
冠梁缩减了支护桩的位置移动，导致坑底下的被动土压力随着涂层的加深而增幅逐渐降低，并且最大负剪力的部位是主动土与支撑力间的平衡位点，进而使得最大负剪力的部位下降。结构的最大负弯矩出现向上的移动，其主要是因为冠梁及其支撑部位朝向基坑外的正剪力所造成的，正剪力由从最大值降到0的幅度虽然没有变化，然而其最大正剪力会稍微降低，因为剪力值会在短时间内降到0，也就是最大负弯矩的部位会出现向上移动。
（三）刚度对最大变形及出现位置的影响
在支护桩刚度不断增大的情况下，结构的最大位移及最大沉降都会出现降低。在支护桩中冠梁是箍梁，其水平刚度的加大会导致桩身发生相变由开口转变为闭口，因此可以对冠梁的水平刚度进行相应的控制从而对冠梁的形变进行控制，进而对支护桩的自身形变及基坑变形进行控制[3]。
（四）刚度变化对安全系数的影响
在支护桩刚度增加的情况下，其整体的安全性基本上不会出现改变，但是当支护桩的刚度高于0之后，抗倾性会随着支护桩刚度的升高而出现减少。
抗倾性的计算方程如下：
式中：MEa所表示的是支护底端以上主动土压力对支护最底端的弯矩（kN·m）；MEp所表示的是支护底部之上被动土压力对支护最底端的弯矩（kN·m）；MT所表示的是锚杆拉力或内支撑力对支护底端的弯矩（kN·m）。
在MEa没有变化的情况下，MT增加，因此系数的降低是因为MEp降低所造成的，从而表明由于支护桩刚度的降低使得桩身的位移减少，最终造成被动土压力的降低。
三、结论
在基坑的支护系统中，支护桩刚度的加强对自身的正剪力及稳定性大体上并无太大的影响，然而却对桩身的正弯矩、位移、沉降等方面具有较大的影响（都是随着支护桩刚度的提升而降低的），而基坑的变形会随着支护刚度的增大而有所降低，但是桩身的负剪应力会出现较小的增幅。
参考文献
[1]许崧，阎长虹，孙亚哲.城市地下工程中的环境岩土工程问题[J].工程地质学报，2016（02）：127-132.
[2]阮永芬，郝建华，王东，等.土钉和锚杆在基坑支护中的应用与比较[J].昆明理工大学学报，2016（01）：61-65.
[3]李红霞，范永斌，孙庆兰，等.基于结构方程模型的基坑工程事故致因分析[J].西安科技大学学报，2015（06）：794-798.
论文作者:刘耀军,郭永宁
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/12/11
标签：基坑论文; 刚度论文; 弯矩论文; 剪力论文; 支撑力论文; 压力论文; 结构论文; 《建筑学研究前沿》2019年18期论文;