對(duì)比彈性支點(diǎn)法的狹長(zhǎng)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工優(yōu)化研究

摘 要：【目的】彈性支點(diǎn)法將基坑假定為平面應(yīng)變問(wèn)題進(jìn)行分析，即假設(shè)狹長(zhǎng)基坑長(zhǎng)距離一次開(kāi)挖，但在實(shí)際施工中有分段開(kāi)挖的現(xiàn)實(shí)情況，所以需要對(duì)分區(qū)段開(kāi)挖對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行研究。【方法】結(jié)合新建哈牡客專愛(ài)民隧道出口明挖段狹長(zhǎng)基坑，建立不同單次開(kāi)挖長(zhǎng)度工況下的三維有限元模型，研究圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形隨單次開(kāi)挖長(zhǎng)度的變化規(guī)律。【結(jié)果】隨著單次開(kāi)挖長(zhǎng)度的增加，圍護(hù)樁水平位移和樁身彎矩逐漸增大并趨近于彈性支點(diǎn)法的計(jì)算結(jié)果，一次開(kāi)挖20 m、30 m、40 m時(shí)，水平位移比開(kāi)挖10 m時(shí)的水平位移分別增大8.75%、12.2%和13.6%，樁身彎矩分別增大12.1%、14.9%和16.8%；一次開(kāi)挖10 m、20 m、30 m、40 m時(shí)安全系數(shù)分別為彈性支點(diǎn)法的1.3、1.17、1.13、1.12倍。【結(jié)論】彈性支點(diǎn)法安全儲(chǔ)備過(guò)大，在實(shí)際工程中可結(jié)合不同的開(kāi)挖工況，在對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化或滿足條件的情況下，合理調(diào)整單次開(kāi)挖長(zhǎng)度。

關(guān)鍵詞：狹長(zhǎng)基坑；分段開(kāi)挖；安全系數(shù)；彈性支點(diǎn)法；三維有限元

中圖分類號(hào)：TU473? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1003-5168（2024）07-0064-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.07.013

Study on Construction Optimization of Narrow and Long Foundation Pit Retaining Structure Compared with Elastic Fulcrum Method

SHAO Zhiyuan

（China Railway 22 Bureau Group First Engineering Co.， Ltd.， Harbin 150006，China）

Abstract： [Purposes] The elastic fulcrum method is used to analyze the foundation pit as a plane strain problem， and that is， it is assumed that the long and narrow foundation pit is excavated once in a long distance.However， there is a reality of segmented excavation in the actual construction， so it is necessary to study the influence of segmented excavation on the retaining structure of the foundation pit.[Methods] Combined with the narrow and long foundation pit in the open-cut section of the newly-built Aimin tunnel exit of Ha-Mu passenger special line， a three-dimensional finite element model under different single excavation length conditions was established to study the variation of internal force and deformation of the retaining structure with the single excavation length. [Findings] With the increase of single excavation distance， the horizontal displacement and bending moment of retaining pile gradually increase and approach to the calculation results of elastic fulcrum method. When the excavation is 20 m， 30 m and 40 m， the horizontal displacement increases by 8.75 %， 12.2 % and 13.6 % respectively，and compared with that when the excavation is 10 m， and the bending moment of pile body increases by 12.1 %， 14.9 % and 16.8 % respectively. When the excavation is 10 m， 20 m， 30 m and 40 m， the safety factors are 1.3，1.17，1.13 and 1.12 times of the elastic fulcrum method respectively. [Conclusions] The safety reserve of the elastic fulcrum method is too large. In practical engineering， the enclosure structure can be reasonably optimized according to different excavation conditions， or the single excavation length can be reasonably adjusted when the conditions are met.

Keywords：? narrow and long foundation pit; sectional excavation; safety coefficient; elastic fulcrum method ; three-dimensional finite element

0 引言

支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形計(jì)算是基坑設(shè)計(jì)中最主要的內(nèi)容之一，其中圍護(hù)和支撐體系的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算是設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容和方案選擇的主要依據(jù)。彈性支點(diǎn)法因計(jì)算參數(shù)少、模型簡(jiǎn)單、概念清晰等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力設(shè)計(jì)與計(jì)算中［1-2］，且被現(xiàn)行基坑支護(hù)規(guī)范所推薦［3-4］。然而，受其本身為平面分析方法的局限，以及預(yù)留的安全儲(chǔ)備較大且無(wú)法反映大型基坑的三維空間效應(yīng)，結(jié)果較為保守等原因，該方法應(yīng)用范圍受限［5］。同時(shí)，考慮到狹長(zhǎng)基坑的開(kāi)挖和圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工是隨著工程進(jìn)行的一個(gè)時(shí)變系統(tǒng)［6-7］，因此假定基坑一次開(kāi)挖完成是不合理的。賴冠宙等［8-9］考慮基坑的三維空間效應(yīng)，合理確定了各參數(shù)的取值，并對(duì)土壓力及位移場(chǎng)分布等進(jìn)行了研究；丁勇春等［10］采用FLAC3D對(duì)某狹長(zhǎng)形超長(zhǎng)深基坑進(jìn)行三維數(shù)值模擬，探討了基坑分區(qū)開(kāi)挖、坑內(nèi)地基加固、坑外潮位變化等對(duì)基坑變形及受力的影響；還有很多學(xué)者采用不同方法對(duì)分段開(kāi)挖情況下基坑的變形及內(nèi)力變化進(jìn)行了詳細(xì)的研究［11-15］。以上研究盡管都取得了較好的成果，但三維模型有建模、計(jì)算復(fù)雜、參數(shù)較多而且難于確定的局限，因而將其廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐是不太現(xiàn)實(shí)的，故若能建立彈性支點(diǎn)法計(jì)算結(jié)果與考慮三維效應(yīng)后的結(jié)果之間的普遍量值關(guān)系，則對(duì)其安全性進(jìn)行分析將變得更加簡(jiǎn)便。

本研究結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)狹長(zhǎng)深基坑工程，首先對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及變形隨施工進(jìn)度的變化進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，然后分別進(jìn)行彈性支點(diǎn)法計(jì)算和三維連續(xù)介質(zhì)有限元模擬，并將計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，以期在保證安全施工的前提下，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和施工方案，從而提高施工效率，降低工程造價(jià)。

1 工程概況及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

1.1 地質(zhì)條件

新建哈牡客專愛(ài)民隧道出口明挖段位于牡丹江市西郊，該隧道出口埋深相對(duì)較小，地層條件較差，采用明挖法施工。基坑采用“鉆孔灌注樁+鋼筋混凝土支撐”圍護(hù)體系。主要巖土層的工程性質(zhì)如下：①黏土Q4al+pl，黃褐色，可塑，巖芯中含有少量鐵錳質(zhì)結(jié)核，土層厚度為0.8～11.8 m；②粉質(zhì)黏土Q4al+pl，褐黃色，可塑，土質(zhì)不均勻，土層厚度為1.0～16.0 m；③細(xì)砂Q4al+pl，褐黃色，中密，飽和，黏性土充填，土層厚度為1.2～4.6 m；④圓礫土Q4al+pl，灰色，中密，飽和，呈渾圓狀，充填物為細(xì)砂，土層厚度為1.1～13.2 m。

地下水受地層巖性和地形、地貌、氣象等綜合因素的影響，表現(xiàn)形式較復(fù)雜，地下水類型有松散巖類砂礫石孔隙微承壓水以及緩丘基巖裂隙水，地下水位埋深為0.7～5.6 m。

1.2 工程措施

設(shè)計(jì)采用挖孔樁+單道鋼筋混凝土支撐的圍護(hù)支撐體系。支護(hù)樁為Φ1 000 mm@1 250 mm鋼筋混凝土挖孔灌注樁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，樁長(zhǎng)19.5 m，錨固深度為8 m，樁端進(jìn)入圓礫土平均深度為3～4 m，樁身縱筋為20根Φ25 mm的HRB400型鋼筋；樁頂設(shè)置1 000 mm×800 mm的鋼筋混凝土冠梁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30；800 mm×800 mm矩形截面鋼筋混凝土支撐設(shè)在冠梁之間，跨度為13.4 m，縱向間距5.0 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，具體如圖1所示。

由圖1可知，基坑開(kāi)挖深度為11.5 m，開(kāi)挖前一周進(jìn)行坑外降水，將水位降到坑底以下1 m處。每次開(kāi)挖范圍為三根橫撐的距離，即10 m。開(kāi)挖完成后，立即施工基底墊層并鋪設(shè)防水板，澆筑1.2 m厚鋼筋混凝土底板和剩余主體結(jié)構(gòu)。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

該項(xiàng)目設(shè)置11個(gè)監(jiān)測(cè)斷面來(lái)監(jiān)測(cè)基坑開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括樁身水平位移和主筋應(yīng)力、橫撐豎向位移及主筋應(yīng)力、冠梁的水平位移及主筋應(yīng)力等，具體測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖2所示。

1.3.1 圍護(hù)樁。每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面取橫撐處和兩橫撐中間處的4根樁進(jìn)行樁身應(yīng)力和位移的監(jiān)測(cè)，對(duì)稱布置，每根監(jiān)測(cè)樁內(nèi)、外側(cè)各布設(shè)6個(gè)鋼筋計(jì)和1根測(cè)斜管，鋼筋計(jì)分別距樁頂1.5 m、4 m、6 m、9 m、12 m、17 m。

1.3.2 橫撐。每個(gè)斷面取中間一根橫撐進(jìn)行鋼筋應(yīng)力和位移監(jiān)測(cè)，鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在橫撐與冠梁連接部位及橫撐跨中部位，每個(gè)斷面在橫撐底部和頂部主筋上分別布設(shè)2個(gè)鋼筋計(jì)，位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在橫撐跨中的頂部。

1.3.3 冠梁。選取兩橫撐間的冠梁進(jìn)行鋼筋應(yīng)力和水平位移監(jiān)測(cè)，應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在冠梁與橫撐連接處及兩橫撐中間冠梁內(nèi)外側(cè)，每處對(duì)稱布設(shè)2個(gè)鋼筋計(jì)。位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在冠梁的頂部，由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較多，本研究選取該區(qū)段典型斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 彈性地基梁法

2.1 計(jì)算模型

《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》［3］中彈性地基梁法是取單位長(zhǎng)度的支護(hù)結(jié)構(gòu)，將支護(hù)樁視為一豎置的彈性地基梁，基坑開(kāi)挖面以上的支護(hù)結(jié)構(gòu)劃分為若干段梁?jiǎn)卧_(kāi)挖面以下的支護(hù)結(jié)構(gòu)采用Winkler彈性地基梁?jiǎn)卧M，如圖3所示。墻背土壓力按朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算，水位以下部分土壓力采用水土分算法進(jìn)行計(jì)算，并考慮水壓力，基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)區(qū)土壓力采用規(guī)范中所推薦的“m”法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型如圖3所示。

以圍護(hù)樁為分析對(duì)象，可列出圍護(hù)樁的變形微分方程，開(kāi)挖面以上樁身的方程式見(jiàn)式（1），開(kāi)挖面以下樁身的方程式見(jiàn)式（2）。

[EId4xidzi4-ea（zi）ba=0] （ld≤zi≤ld+H）? ?（1）

[EId4xidzi4=eb（zi）ba+m（ld-zi）xib0] （0≤zi≤ld） （2）

以上式中：[EI]為圍護(hù)樁的抗彎剛度；[ea（zi）]為開(kāi)挖面[zi]以上深度處的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布函數(shù)；[eb（zi）]為開(kāi)挖面以下[zi]深度處的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度分布函數(shù)；[ba]為樁后土壓力計(jì)算寬度，取為排樁間距；[b0]為支護(hù)樁的土反力計(jì)算寬度。對(duì)于圓樁，當(dāng)樁徑[d≤1 m]時(shí)，[b0=0.91.5d+0.5]，當(dāng)樁徑[d>1 m]時(shí)，[b0=0.9d+1]，當(dāng)[b0]大于排樁間距時(shí)取排樁間距。

內(nèi)支撐體系按平面框架進(jìn)行分析，冠梁和橫撐采用梁?jiǎn)卧M，結(jié)構(gòu)上的荷載為擋土結(jié)構(gòu)分析時(shí)得到的支點(diǎn)力，通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到內(nèi)支撐體系的內(nèi)力。

2.2 模型參數(shù)

依據(jù)勘察資料及工程經(jīng)驗(yàn)可得到各土層參數(shù)取值，見(jiàn)表1。地面超載按20 kPa選取，排樁、冠梁和橫撐彈性模量取30 GPa，泊松比取0.17。

3 三維有限元分析

3.1 模型的建立

采用MIDAS/GTS NX建立三維基坑模型如圖4所示。為消除邊界效應(yīng)，模型寬度取基坑寬度的7倍，深度取基坑開(kāi)挖深度的3倍，長(zhǎng)度方向取60 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地層參數(shù)與彈性支點(diǎn)法相同，見(jiàn)表1。

基坑土體采用實(shí)體單元模擬，采用Modified Mohr-Coulomb準(zhǔn)則作為本構(gòu)模型。鋼筋混凝土圍護(hù)樁、冠梁和橫撐采用梁?jiǎn)卧M，通過(guò)設(shè)置接觸單元來(lái)考慮圍護(hù)樁與周圍土體的相互作用。

邊界條件為模型底部Z方向約束，兩側(cè)約束X、Y方向，前后面沿縱向約束。基坑兩側(cè)超載按20 kPa考慮。三維有限元計(jì)算模型如圖4所示。

3.2 計(jì)算工況

為研究單次開(kāi)挖長(zhǎng)度對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形的影響，分別選取開(kāi)挖長(zhǎng)度為3根橫撐（10 m）、5根橫撐（20 m）、7根橫撐（30 m）和9根橫撐（40 m）等4種工況進(jìn)行分析。每種工況計(jì)算步驟如下：①初始地應(yīng)力平衡，位移清零；②打樁，設(shè)置樁土接觸單元，施加地面超載；③基坑開(kāi)挖1 m，施工冠梁和橫撐；④分層開(kāi)挖，每層1 m，開(kāi)挖至基坑底部。

4 結(jié)果對(duì)比分析

本研究將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果、彈性支點(diǎn)法與三維有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，探討此類狹長(zhǎng)基坑在施工過(guò)程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力與單次開(kāi)挖長(zhǎng)度的變化規(guī)律。限于篇幅原因，本研究?jī)H對(duì)支護(hù)樁及橫撐的內(nèi)力及變形進(jìn)行分析。

4.1 圍護(hù)樁水平位移和彎矩

基坑開(kāi)挖至底部后，支護(hù)樁的水平位移分布如圖5所示。以橫撐正下方與兩橫撐中間圍護(hù)樁為例，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)不同單次開(kāi)挖長(zhǎng)度工況下樁身水平位移計(jì)算值與實(shí)測(cè)值分布規(guī)律基本一致，均隨樁長(zhǎng)的增加，先增大后逐漸減小，最大值位于樁頂以下7 m處。由于橫撐對(duì)樁體的約束作用，兩橫撐間的樁體水平位移略大于橫撐正下方樁體水平位移。

以兩橫撐中間圍護(hù)樁水平位移為例，經(jīng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，樁體水平位移實(shí)測(cè)值最大為11.6 mm，一次開(kāi)挖10 m時(shí)（與現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖長(zhǎng)度一致），計(jì)算樁體最大水平位移為12.0 mm，與實(shí)測(cè)值較為接近，驗(yàn)證了所建模型的準(zhǔn)確性。隨著分段開(kāi)挖長(zhǎng)度的增加，樁身水平位移整體增大，這是由于開(kāi)挖完成后，已開(kāi)挖土體兩側(cè)的支護(hù)樁與未開(kāi)挖土體組成一個(gè)閉合的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在類似于坑角效應(yīng)的作用下限制了一定范圍支護(hù)樁的變形，隨著單次開(kāi)挖長(zhǎng)度的增加，此閉合的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬比增大，坑角效應(yīng)逐漸減小，故圍護(hù)樁樁身水平位移整體逐漸增大，并逐步趨近彈性支點(diǎn)法的計(jì)算結(jié)果。單次開(kāi)挖長(zhǎng)度分別為20 m、30 m、40 m時(shí)，水平位移較10 m時(shí)分別增大了1.05 mm、1.46 mm和1.63 mm，即分別增大了8.75%、12.2%和13.6%，增大的比例隨開(kāi)挖長(zhǎng)度的增加逐漸減小。彈性支點(diǎn)法計(jì)算得到的樁體水平位移最大值為14.5 mm，較一次開(kāi)挖10 m時(shí)增大了20.83%。

由對(duì)比分析結(jié)果可知，由于彈性支點(diǎn)法將基坑假定為平面應(yīng)變問(wèn)題進(jìn)行分析，因此一次開(kāi)挖無(wú)限長(zhǎng)，故計(jì)算結(jié)果最大。考慮實(shí)際工程中分區(qū)段開(kāi)挖的三維效應(yīng)后，樁身位移顯著減小，安全儲(chǔ)備顯著提高。

4.2 圍護(hù)樁樁身彎矩

不同開(kāi)挖工況下支護(hù)樁樁身彎矩分布如圖6所示。其中，實(shí)測(cè)彎矩值依據(jù)陳帥強(qiáng)［16］所述方法通過(guò)樁身內(nèi)外側(cè)鋼筋應(yīng)力反算得到。由圖6可知，開(kāi)挖至基坑底部時(shí)，不同工況下樁身彎矩變化規(guī)律基本一致，均隨深度的增加，先從正彎矩變?yōu)樨?fù)彎矩，再?gòu)呢?fù)彎矩變?yōu)檎龔澗兀瑯渡碜畲髲澗靥幱跇俄斠韵? m左右。由于橫撐的作用，調(diào)整樁體、冠梁的應(yīng)力分配，使得橫撐下的圍護(hù)樁彎矩最大值相比橫撐之間樁身彎矩的最大值要小。

以兩橫撐中間圍護(hù)樁彎矩為例，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的樁身彎矩最大值為798.6 kN·m，而計(jì)算結(jié)果顯示，單次開(kāi)挖10 m時(shí)（與現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖長(zhǎng)度一致），樁身最大彎矩為819.6 kN·m，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值較為接近。隨著單次開(kāi)挖距離的增大，圍護(hù)樁最大彎矩值也在逐漸增大并趨近彈性支點(diǎn)法的計(jì)算結(jié)果。單次開(kāi)挖長(zhǎng)度分別為20 m、30 m、40 m時(shí)，樁身彎矩相比單次開(kāi)挖10 m時(shí)分別增大了99 kN·m、122 kN·m和138 kN·m，即分別增大了12.1%、14.9%和16.8%，但增大的比例隨開(kāi)挖長(zhǎng)度的增加逐漸減小。經(jīng)彈性支點(diǎn)法計(jì)算得到的樁身彎矩最大值為1 065.8 kN·m，較一次開(kāi)挖10 m距離時(shí)增大29.93%。無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)還是數(shù)值計(jì)算的彎矩值，均小于計(jì)算得到的圓形截面混凝土支護(hù)樁的正截面受彎承載力1 410 kN·m［17］，故按當(dāng)前施工工序，圍護(hù)結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

由對(duì)比分析結(jié)果可知，采用規(guī)范推薦的彈性支點(diǎn)法所得結(jié)果最大，各三維模擬工況次之，且分段開(kāi)挖長(zhǎng)度越小，樁身彎矩越小。

4.3 結(jié)果對(duì)比

4.3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力及變形分析。隨著單次開(kāi)挖長(zhǎng)度的增加，由于坑角效應(yīng)的減弱，圍護(hù)樁內(nèi)力和變形顯著增加，并逐漸靠近彈性支點(diǎn)法的計(jì)算結(jié)果，圍護(hù)樁的內(nèi)力及位移與限值還有很大差距，因此安全儲(chǔ)備較大。

4.3.2 安全系數(shù)分析。首先以樁身受彎承載力與樁身最大彎矩值的比值作為不同開(kāi)挖工況時(shí)的安全系數(shù)，見(jiàn)表2。分析可知，一次開(kāi)挖10 m時(shí)，安全系數(shù)達(dá)到1.72，遠(yuǎn)大于規(guī)范中最小安全系數(shù)值，其余工況亦是如此。為方便與規(guī)范所規(guī)定的彈性支點(diǎn)法結(jié)果做對(duì)比，以樁身彎矩的彈性支點(diǎn)法分析結(jié)果為基準(zhǔn)，分別將各工況的安全系數(shù)進(jìn)行歸一化處理，進(jìn)而得到彈性支點(diǎn)法基礎(chǔ)上的各工況下的安全系數(shù)，由于材料設(shè)計(jì)基于樁身內(nèi)力，因而，以樁身彎矩所確定的安全系數(shù)值作為最終安全系數(shù)。由此可知，在彈性支點(diǎn)法已預(yù)留較大的安全系數(shù)的基礎(chǔ)之上，一次開(kāi)挖10 m時(shí)，安全系數(shù)仍為1.3，故安全儲(chǔ)備較大。

綜上所述，采用彈性支點(diǎn)法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)造成安全儲(chǔ)備過(guò)大、材料浪費(fèi)、工期拖延等后果，建議現(xiàn)場(chǎng)可以在滿足土質(zhì)條件要求的情況下適當(dāng)增加開(kāi)挖長(zhǎng)度，減少開(kāi)挖工序。例如就該基坑工程而言，一次開(kāi)挖40 m相比彈性支點(diǎn)法來(lái)說(shuō)亦偏于安全；就各圍護(hù)結(jié)構(gòu)的情況而言，考慮分段開(kāi)挖后，受力及變形相比彈性支點(diǎn)法計(jì)算結(jié)果大大減小。此時(shí)，若仍按彈性支點(diǎn)法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)布置及配筋設(shè)計(jì)，勢(shì)必導(dǎo)致材料浪費(fèi)、造價(jià)增加，故支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)可在彈性支點(diǎn)法計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上考慮限制單次開(kāi)挖長(zhǎng)度后的三維效應(yīng)，適當(dāng)增大圍護(hù)樁間距，縮短樁長(zhǎng)或減小圍護(hù)樁配筋等。此時(shí)亦可滿足分段開(kāi)挖時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性，尤其對(duì)此類大型狹長(zhǎng)基坑來(lái)說(shuō)，可顯著降低工程材料總用量，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

彈性支點(diǎn)法依據(jù)平面應(yīng)變理論，假設(shè)基坑長(zhǎng)距離一次開(kāi)挖，而在狹長(zhǎng)基坑施工中，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況一般為分區(qū)段開(kāi)挖，這種情況下，如果仍按規(guī)范中的彈性支點(diǎn)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，勢(shì)必導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果過(guò)于保守，預(yù)留安全儲(chǔ)備過(guò)大。因此，在材料以及施工方案設(shè)計(jì)時(shí)，非常有必要在彈性支點(diǎn)法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，參考本研究成果，適當(dāng)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)（如減小配筋率、縮短樁長(zhǎng)或增加排樁間距等），以及加大單次開(kāi)挖長(zhǎng)度，這樣，可在滿足結(jié)構(gòu)安全性的基礎(chǔ)上，減少不必要的浪費(fèi)，降低工程成本，加快工程進(jìn)度。

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收稿日期：2023-10-11

作者簡(jiǎn)介：邵志遠(yuǎn)（1974—），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：道路與橋梁。