基坑支护设计中若干参数的敏感性分析

水平抗力系数皿、支护桩嵌固深度等进行敏感性分析，得出这些参数选择如果不合理会对支护结构的内力、

变形及稳定性带来影响，并为支护设计时选择参数提供参考。关键词：基坑支护；敏感性分析；水平侧向刚度；嵌固深度中图分类号：TU 473.2 文献标志码：A 文章编号：1000_4726（2019）03-0312-03SENSITIVITY ANALYSIS OF SOME PARAMETERS IN FOUNDATION PIT

SUPPORT AND PROTECTION DESIGNWANG Tong1, RUAN Yong-fen2, WANG Peng-yu2, JIANG Hai1（1. Yunnan Yunshengda Construction Engineering Co., Ltd., 650224, Kunming, China; 2.Faculty of Civil Engineering and Mechanics, Kunming

University of Science and Technology, 650500, Kunming, China）Abstract: In foundation pit support and protection design, unreasonable value of some parameters often caused design mistakes or waste due to excessive conservativeness. Based on calculation and analysis of practical engineering cases by using deep foundation pit support and protection structure software, this paper analyzed the sensitivity of some major design parameters which are not clearly defined, such as top beam horizontal lateral rigidity, horizontal reaction coefficient m and embedding depth of supporting pile, etc., and discussed the influence of unreasonable value of these parameters on internal force, deformation and stability of supporting structure, providing references for parameter value selection in support and protection design.Keywords: foundation pit support and protection; sensitivity analysis; horizontal lateral rigidity; embedding depth城市地下管网密集，建筑场地多样复杂，给地 下工程建设带来一系列的环境岩土工程问题。由于 地质勘察不可能完全反映地下的真实情况，存在不

响的敏感屮生，以便深入理解基坑支护设计中各项模糊

性参数的作用。确定性；土体与结构的相互作用也较复杂，一些设

1参数的敏感性分析计人员对基坑设计的理论不熟悉，往往依据经验确 定，所以有时虽耗费巨资，而工程问题却未得到实 质性解决；有时存在巨大的安全隐患而出现事故。

1.1基坑参数某基坑深6.5m,采用桩锚支护，支护桩水平间 距2m,竖向间距3m,桩径0.8m,间距1.6m,倾 斜角15。，总长22.5m,锚索的锚固段长17.5m,锚

基坑工程事故有多重致灾因子，但源头多由设计

引起。本文研究一桩锚支护结构,分析如冠梁水平刚度、 水平抗力系数、支护桩嵌固深度等重要参数的变化对 基坑支护结构的最大正负弯矩、最大正负剪应力、最 大地面沉降、最大位移等影响，将基坑设计中较难明

固体直径150mm。冠梁截面尺寸为0.8mx0.8m, 超载值为20 kPa。为更好地进行参数的敏感性分析，

只选一层粘性土，其粘聚力为20kPa,内摩擦角

为15%1.2冠梁水平侧向刚度敏感性分析设置冠梁可改善支护桩的变形状态和受力性 能并加强基坑的整体性，在控制变形方面作用巨大。

确的参数影响机理，通过数据直观地展现出来，帮助 设计人员了解各项设计参数的取值对支护结构设计影收稿日期：2018-11-12作者简介：王彤（1971-）,男，云南昆明人，企业技术负责人（总 工程师）,e-mail: 340324537@qq.com.但在具体设计中，往往仅当作安全储备，使设计过

于保守；有时按软件计算结果偏大，存在安全隐患。

目前，相关规范也无合理选取冠梁水平侧向刚度的

2019年3月王彤，等：基坑支护设计中若干参数的敏感性分析

大负弯矩位置上移。•313-规定，也从侧面反映了该参数设计概念的模糊性。

1.2.1冠梁水平侧向刚度对内力最大值的影响对冠梁水平侧J向刚度分别取不同计算值时，分析

冠梁刚度增大时，冠梁的水平力增大，由于最 大负剪力增大，结构水平位移减小，使负剪力值减

其对支护桩的最大负弯矩、最大正弯矩、最大负剪力、 小的趋势变缓，导致结构最大正弯矩的位置下移 较多。最大正剪力等参数的影响。剪力及弯矩方向规定指向 基坑外侧的剪力为正、指向内侧的为负；基坑外侧受

拉为正弯矩、内侧受拉为负弯矩。从计算得到的支护 桩内力随水平刚度变化曲线可知，冠梁水平刚度增

1.2.3刚度对最大变形及出现位置的影响冠梁水平刚度增大时，结构最大位移及地面最大 沉降均减小。冠梁是作用在支护桩顶的箍梁，其水平

大，支护结构所受的最大正负剪应力基本不受影响； 结构的正剪力主要是坑底以上的主动土压力减小与

刚度增大使桩身变形由开口状变为闭口状，故可通过 控制冠梁的水平刚度来控制冠梁变形，从而控制桩身

支撑的锚杆及冠梁水平力增加形成的；结构的负剪 变形及地面沉降。力主要是由基坑的主动土压力增加、被动土压力减

小及支撑水平力减小形成的。因冠梁的水平力与支 撑的水平力相关性很大且大小相差不多，故剪力的

1.2.4刚度变化对安全系数的影响冠梁水平刚度增大时，整体稳定性安全系数几乎 不变，而当冠梁水平刚度大于零后，抗倾覆稳定屮生安

最大值变化并不大。全系数随冠梁水平侧向刚度增大而降低。抗倾覆稳定，注的计算公式如下：冠梁水平侧向刚度较小时，对最大弯矩基本没 有影响；但当冠梁水平侧向刚度大于0.1后，对最

大弯矩的影响增大，对最大负弯矩的影响幅值超过 对最大正弯矩的影响。正剪力形成负弯矩。负剪力 形成正弯矩。冠梁相当于给支护桩加上一道箍，以

町+晒式中：A/Ea为支护结构底部以上主动侧水土压力

添加水平力的形式限制桩顶向基坑内的变形。支护 桩最大负弯矩出现在基底以上，最大正弯矩出现在 基底以下。对支护结构最底部点的弯矩（kN m） ； AZp为支护结

构底部以上被动侧水土压力对支护结构最底部点的弯 矩（kNm）；妬为锚杆拉力或内支撑水平作用力对

1.2.2刚度对内力最大值出现位置的影响冠梁水平力的出现使原支撑力减小，且增减值 接近；但冠梁位于支护桩顶部，致使支护桩的弯矩 增大，危险点即最大负弯矩稍有上移。冠梁限制了 支护桩的水平位移，使基坑内侧的土反力有所减

支护结构底部点的弯矩（kN-m ） 0已知Mm无变化，Mt增大，故系数减小是由陆卩 减小导致的，证明因冠梁减小了桩身的位移，导致被 动土压力减小。小，致使支护桩正弯矩减小且危险点即最大正弯矩 稍有下移。冠梁水平侧向刚度增大时，由最大内力的位置变

2水平抗力系数敏感性分析将支护桩考虑为弹性地基梁后，假定地基水平

抗力系数m随深度呈线性增加。m法中的水平抗力 F*=k*,水平抗力系数Kh=mzo化可知，由于支撑的水平力比土层较浅位置处的土压 力大，冠梁水平侧向刚度增大时，结构最大正剪力位 置不变，仍为支撑位置，即坑顶以下3.5m处。结构

2.1 值对支护结构内力的影响分析水平抗力系数m增大对支护桩内力的影响如图1

的负剪力主要是由基坑的主动土压力增大，被动土压 力及支撑水平力减小形成的。所示。由图1可知，加增大时结构所受的最大正剪力

减小而最大负剪力变化小；结构所受的最大负弯矩减

冠梁减小了支护桩的位移，使坑底以下的被动 土压力随深度增幅减小，且最大负剪力位置为动土

小而所受的最大正弯矩增大。可见m的取值对支护 结构的内力影响显著。结构所受的最大负剪力几乎不

压力与支撑水平力之和与主动土压力的平衡点、，从 而导致最大负剪力位置下移。结构最大负弯矩位置

变的原因是被动土压力增大与支撑水平力减小的影响 相互抵消。上移，结构最大负弯矩是由冠梁及支撑结构（锚索、 内撑等）以向基坑外的力的正剪力形成的，正剪力 由最大值到0的变化幅度虽不变，但最大正剪力的

2.2皿值对最大内力位置变化的影响从最大内力位置随m值的变化情况可知，当m 值增大时，结构最大正剪力位置不变，而最大负剪力 位置逐渐上移。因为随着巾值增大，坑底以下的被剪力值略微减小，所以剪力值更快地到达0,即最

•314-建筑技术第50卷第3期其影响并不大。“Ea无变化，妬增大，可知系数减

小是由確卩减小而导致.冠梁减小了桩身的位移导致

被动土压力减小。3嵌固深度敏感性分析嵌固深度的变化对内力最大值位置及其变形及安

全系数的影响都非常小。嵌固深度增大时，结构承受 的最大正负剪力及最大负弯矩几乎不变，仅结构承受

动土压力也随深度的增幅增大，且最大负剪力位置为

的最大正弯矩稍有增大。动土压力与支撑水平力之和与主动土压力的平衡点， 导致了该位置上移，结构最大负弯矩及最大正弯矩的

当冠梁水平侧向刚度增大时，结构最大正负剪力 及最大正负弯矩的位置基本不变。当m值增大时， 结构的最大位移不变，而地面的最大沉降减小。位置均上移，结构最大负弯矩是由正剪力形成的，最 大负弯矩点为剪力由最大正剪力到剪力为0的剪力零 点。虽然正剪力由最大值到零的变化幅度不变，但最

4结论(1 )在基坑支护体系中，冠梁水平刚度增大对 桩身的正剪应力及整体稳定基本没有影响；但对桩 身的正弯矩、位移、地表沉降、抗倾覆安全系数的 影响较大(均随冠梁水平刚度增大而减小)；桩身

大正剪力的值减小了，其主要原因是m值的增大致

使基底以下的被动土压力增大而支撑的水平力减小，

所以剪力值更快地至哒0,即最大负弯矩位置上移了, 结构最大正弯矩由支护所受的向基坑内水平力形成， 最大正弯矩点、为剪力由最大负剪力到剪力为零的剪力

负弯矩随冠梁的水平刚度增大而增大，但桩身负剪

零点。负剪力形成正弯矩，由于最大负剪力减小了， 负剪力的大小变化虽稍有增大但乘以距离系数后使正

应力增大较少。(2) w值增大对整体稳定基本没有影响；但桩

弯矩的变化放大，导致最大正弯矩增大。且因巾值

身的正剪应力、负弯矩、位移、地表沉降、抗倾覆安 全系数均随加值的增大而减小；桩身负剪力及正弯

增大，使负剪力值减小的趋势变急，导致结构最大正 弯矩的位置上移较多。矩随m值的增大而增大。2.3加值对变形及结构安全系数的影响m值的增大使支护结构位移及地表沉降的影响见 图2。如图2所示，当加值增大时，结构最大位移减

(3) 嵌固深度增大对桩身的正负剪应力、负弯

矩、位移、地表沉降等基本无影响；而随嵌固深度增

加，整体稳定及桩身正弯矩逐渐增大，抗倾覆安全系

小，而地面最大沉降减小。数稍有减小。参考文献［1］ 许恣，阎长虹，孙亚哲.城市地下工程中的环境岩土工程问题［J］.

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图2随m值变化的变形曲线随值增大，基底以下内侧土体的抗变形能 力也不断增大，桩身的位移、地表的沉降也随之 减小，但桩身变形性状并未出现冠梁施加后的箍

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与环境学报,2014,14(4):151-15&紧状。从m值增大对安全系数的影响曲线可知，当加值 增大时，整体稳定性安全系数几乎不变，而当〃值 大于6时，随加值的增大，抗倾覆稳定性安全系数

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大的是土层的参数c,