浅析拱形支撑结构在基坑工程中的应用效果(二)
2）支撑材料的压缩变形不可恢复。现有支撑都非绝对刚性材料，具有十分典型的弹塑性，在土压力作用下也会产生一定的纵向压缩ε和挠度变形（挠曲变形图中未有表示），如图3所示，进而增加坑壁坑周的变形量。在直撑作用下，这种压缩及挠曲所引起的坑壁变形也是永久性并不可恢复的，随着施工卸荷的进行，还有进一步增加的趋势。
3）对不确定因素引起的变形不具有调节控制能力。基坑本身的不确定因素极多，坑周荷载的不确定性、温度气候的不确定性、施工因素的不确定性、时空效应的不确定性等等，这必然会引起坑壁土压力随时地发生变化，即坑壁土压力是一个变动的量，而设计支撑时土压力采取的大都是确定的值，一次设计到位的直撑支护系统对土压力的频繁变化及其相应变形不具有调节能力。
4）水平直线型支撑基本不具有同时抵抗纵横向作用的能力。水平直线型支撑结构可以简化成一个细长杆，而两固端受压的细长杆在很小横向力作用下也易发生挠曲失稳，进而对基坑和周围构筑物构成影响。
5）直撑的空间利用率较低。直撑作用后，基坑内部的作业空间受到一定的限制，而且，支撑上部的空间，由于直撑不具有抗侧向能力，也进一步降低了利用的可能性。
在直撑作用下，这些不利因素及其可能引起的变形都是不可恢复的，不可调节的，并有逐步增大的趋势，当积累到一定的程度，便会引起基坑本身甚至坑周构筑物的破坏。因此，按固定的土压力值一次性设计的直撑系统很难保证整个基坑生存期的安全与稳定。
4、拱形支撑的有益效果
如果将直线型支撑换成轴线为曲线的拱形支撑，如图4所示，则可以极大程度地避免或减小直撑可能引起的诸种不足所带来的影响。
同样地，拱撑施加后的坑壁坑周变形，仍主要由支撑施加前的坑壁初始位变量Δ、支撑材料的压缩变形量ε和挠曲变形所引起，如图5所示。
但是，使用拱撑不仅可以对开挖扰动所引起的坑壁变形进行直接支挡，而且还具有以下一些直撑等支护系统所不具有的优点[8,10]。
1）可以控制坑壁的变形量，减小坑壁已经发生的变形量，甚至使得坑壁恢复至开挖前的初始位置。
利用拱形结构在较小竖向荷载作用下可以产生较大横向张力的功能，可以在拱背对拱形支撑施加一定的竖向荷载P，使得横向挡土的支撑能力得到增强，进而控制并减小坑壁坑周已发生的位变量。
如图6所示，①、②、③分别是在不同可调节荷载P作用下拱形支撑的变形及其位置示意图，①为坑壁及围护结构变形发展到基坑内部的拱形支撑，②为坑壁及围护结构正好在基坑设计边界时的拱形支撑，③为坑壁及围护结构被作用到基坑外侧的拱形支撑。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是相应的坑壁（围护结构）变形及其位置，Ⅰ表示的是由于开挖卸荷后坑壁在土压力的作用下向坑内移动的情况，Ⅱ为坑壁在拱形支撑作用下恢复到开挖初始设计位置的情形，Ⅲ为在拱形支撑作用下，坑壁被推挤到基坑设计边界外侧某位置的情况。
2）可以动态地调节坑壁的变形，使得坑壁坑周始终处于安全稳定的状态。
调节施加于拱背的荷载P的大小及位置，可以动态地改变支撑的轴力和支护结构上的土压力，使得支撑轴力可以增大，也可以使得支撑轴力减小。即可以根据变形控制需要，支撑支护系统的支护能力可以进行可大可小多方向的变化，进而实现对坑壁坑周变形的调节作用。
3）拱撑可以承受较大的横向作用，可以通过拱撑搭设临时空中通行路径，进行人员材料的运送，甚至可以在拱撑上进行临时性施工，充分有效地利用拱撑所在的空间。
4）拱撑支护体系作用下的基坑工程，因支撑轴线为拱形，较之直撑而言，相当于增加了支撑和坑底之间的内部施工作业空间，空间利用率较好。
上述第3）点和第4）点优势，对于作业面及作业空间有限的密集作业环境，其意义尤为明显。
5、结 语
可以看出，拱撑系统对坑壁坑周变形具有较强而又灵活地控制能力，可以根据工程实际情况，设计调节坑壁的变形及位置，达到确保基坑本身和坑周构筑物安全稳定的目的。而且，拱撑作用下的整个基坑系统抗不确定因素的效果较好，可以结合监测手段，及时地改变调节荷载P的大小和位置，对不确定因素引起坑壁坑周的过大土压力和变形进行实时调节。
参考资料
刘国彬，王卫东. 基坑工程手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.11
中国建筑科学研究院. 建筑基坑支护技术规程（JGJ-120-99）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，1999.
冶金工业部建筑研究总院. 建筑基坑工程技术规范（YB 9258-97）[S]. 北京：冶金工业出版社，1998.
上海市建设和管理委员会. 基坑工程设计规程（DBJ 08-61-97）[S]. 上海，1997.
Peck R.B. Deep excavation & tunneling in soft ground. State-of-the-Art-Report; proceedings of the 7th Int Conf Soil Mech. Fdn. Engrg F[C], 1969.
Heish P. G., Ou C.Y. Shape of ground surface settlement profiles caused by excavation[J]. Journal of Canadia Geotechnical, 1998, 35(6): 1004-1017.
Caspe M. S. Surface settlement adjacent to braced open cuts[J]. JSMFD, ASCE, 1966, 92(SM4):51-59.
宋明健. 基于开挖卸荷效应的基坑共同变形及动态支护技术研究[D]. 中山大学，2008.
吕少伟. 上海地铁车站施工周围土体位移场预测及控制技术研究[D]. 同济大学，2001.
宋明健，汤连生，胡辉，等. 基坑支护方法：中国，200710027900.5[P]. 2007.
浅析拱形支撑结构在基坑工程中的应用效果(二)由毕业论文网（www.huoyuandh.com）会员上传。
