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摘要：基坑支護結(jié)構(gòu)是一種十分常見的支擋設施，在實際應用中需要結(jié)合具體情況選擇合適的支護體系。然而十字形裝配式基坑支護體系是一種全新的支護設施，具有強度高、成本低等優(yōu)點。本文針對十字形裝配式基坑支護結(jié)構(gòu)展開分析和探索。

關鍵詞：新型裝配式；十字形；基坑支護；結(jié)構(gòu)設計

隨著城市現(xiàn)代化建設快速的發(fā)展，很多工程都需要提高自身的設計技術(shù)，十字形裝配式基坑支護作為一種新型的基坑支護體系，在實際運用中有著很好的技術(shù)優(yōu)勢，通過這一技術(shù)能夠有效的提高施工安全、保證施工質(zhì)量，此外十字形裝配式基坑支護體系還具有低成本、便于施工等優(yōu)勢，因此已經(jīng)被廣泛的應用。

1十字形裝配式基坑支護結(jié)構(gòu)

十字形裝配式基坑支護是當前較為新穎的支護結(jié)構(gòu)體系，是方形結(jié)構(gòu)支護體系中變化得來，十字形裝配式基坑支護在設計上，將橫梁與縱向的肋梁以十字形交叉，然后在橫梁與肋梁之間設置錨索以及錨桿最終形成更為穩(wěn)定的復合結(jié)構(gòu)。在十字形裝配式基坑支護中主要由復數(shù)個預制單元格結(jié)構(gòu)組成，而所有的單元格結(jié)構(gòu)中都是由橫梁、縱向肋梁、錨索孔以及配套的連接部件構(gòu)成。具體單元格的結(jié)構(gòu)如圖1。十字形裝配式基坑支護在材料方面主要選擇鋼結(jié)材料或者混凝土材料等，由于施工速度快，材料重量輕、便于大批量預制生產(chǎn)，因此更具優(yōu)勢。因此本文將以鋼結(jié)構(gòu)材料作為十字形裝配式基坑支護的主要應用材料。在實際的工程中會使用數(shù)個方管以及鋼結(jié)構(gòu)板進行焊接組成支護體系的橫梁和縱向肋梁，而單元格結(jié)構(gòu)可以在工廠進行預制，在經(jīng)過檢驗之后再直接運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行組裝。因此，十字形裝配式基坑支護在實際應用中具有很好的穩(wěn)定性、便于施工，此外還可以適應很多不同土質(zhì)環(huán)境。

2十字形裝配式基坑支護單元設計

2.1支護體系的截面設計。參考實際施工的需求，滿足單元格結(jié)構(gòu)之間的土質(zhì)環(huán)境中出現(xiàn)土拱現(xiàn)象，通常會進行以下設計：單元截面的高度設置為200mm、截面的寬度設置為800mm，在設計中參考實際施工的經(jīng)驗以及大部分市場材料的規(guī)格，單元格結(jié)構(gòu)截面內(nèi)部的主體框架使用200mm×100mm×10mm型的方管共計4根以及6mm厚鋼結(jié)構(gòu)板組合而成。2.2錨索、橫梁、縱向肋梁的間距設計。錨索結(jié)構(gòu)在各個國家都有著不同的型號規(guī)定，例如，美國的錨索規(guī)定其最間距為錨索內(nèi)部直徑的6倍。而日本的錨索其間距設計為1.5m一個。在我國錨索的思間距設計為縱向間距需要大于2.0m，橫向間距設計為1.5m以上。同時為了防止錨索由于錨固力太大導致出現(xiàn)應力集中的情況，錨索的間距也不能太大，所以錨索的最大間距一般規(guī)定為4m之內(nèi)。此外，錨索的橫向間距與縱向間距需要滿足于土拱效果的需求。當前人們通過對土拱現(xiàn)象的實際分析，設計出三維土拱效應計算模型，通過三維土拱計算模型可以建立起錨索橫向間距與縱向間距之間的控制數(shù)據(jù)公式。具體公式為：HB≤4cH12/（1-2tanφ/3tanθ）qcosθ。其中：H是錨索縱向間距；B是錨索的橫向間距；c為土體環(huán)境的黏聚力；q為拱后土體所受均布推力；H1為單元格結(jié)構(gòu)的寬度；θ為破壞面與主應力作用方向的角度，θ=45°-φ/2，φ為土體環(huán)境的內(nèi)摩擦角度。

3十字形裝配式基坑支護優(yōu)化設計

十字形裝配式基坑支護可以根據(jù)實際需要進行優(yōu)化設計，結(jié)合支護體系的實際檢測結(jié)果以及計算所得數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)錨索部件的應力一般為600kN，但是在試驗中單元格結(jié)構(gòu)受到的應力并不高，遠遠低于所用鋼結(jié)構(gòu)材料的抗壓以及抗拉標準。所以錨索應力為600kN的情況下，單元格結(jié)構(gòu)還可以有很多地方待于優(yōu)化，還有較大提升空間。因此從單元格結(jié)構(gòu)的構(gòu)成形式、截面大小等方向展開優(yōu)化，達到十字形裝配式基坑支護體系重量更輕、成本更低的目的。3.1單元格結(jié)構(gòu)的組成形式優(yōu)化。通過對十字形裝配式基坑支護進行應力試驗得知，單元格結(jié)構(gòu)的表面鋼結(jié)構(gòu)板部分的應力變片受到的應變較小，表示應力很大，基本上是不受力。這種情況主要是由于錨索部件可以通過錨具來傳遞給單元格結(jié)構(gòu)應力，這些應力很大一部分都由方管結(jié)構(gòu)吸收，而上部分表面的鋼結(jié)構(gòu)板并沒有起到吸收應力的作用，其作用主要是與方管進行連接，大部分應力已經(jīng)由方管來承擔。因此，在十字形裝配式基坑支護的優(yōu)化設計中可以將頂部的鋼結(jié)構(gòu)板去掉，一方面，這一部件起到的作用很小，也不會影響十字形裝配式基坑支護的質(zhì)量，另一方面，去掉鋼結(jié)構(gòu)板之后，結(jié)構(gòu)整體重量更加輕便，同時也降低了工藝成本，節(jié)省一部分材料消耗。其次，在應力試驗中發(fā)現(xiàn)處于錨索作用位置的上表面鋼板結(jié)構(gòu)應力較大，這種情況主要有兩點原因，第一是接近錨索作用位置的應變片接近加強板位置，因此受到的應力較為集中，且受力成分較為復雜，進而導致出現(xiàn)應力集中的情況，最終導致部件應力增加。第二由于單元格結(jié)構(gòu)的錨索孔設計直徑一般為219mm，這一尺寸遠遠大于墊板孔的設計尺寸（75mm），也比錨具直徑要大（85mm），這種情況導致墊板受到錨具傳遞來的應力較大，進而會讓材料發(fā)生形變，使得部件的應力變得更大。因此，在十字形裝配式基坑支護的優(yōu)化設計中可以降低錨索孔的直徑尺寸，此外由于圓形鋼管在支護結(jié)構(gòu)中主要承擔應力作用，需要有足夠的材料強度保證在應力作用下不會發(fā)生形變，因此在設計上需要保證圓形鋼管的厚度至少為10mm，可以選擇102mm的圓形鋼管，其厚度為10mm。通過對十字形裝配式基坑支護進行有效的優(yōu)化設計，在計算后每個單元格結(jié)構(gòu)的都會節(jié)省鋼結(jié)構(gòu)材料約55.95kg，參考我國鋼結(jié)構(gòu)材料的市場行情，節(jié)省成本預計為195元。同時，優(yōu)化之后的單元格結(jié)構(gòu)受力情況更加科學合理，重量更加輕便，有效的降低施工成本，且便于安裝提高了施工效率，每個單元格結(jié)構(gòu)預計節(jié)省材料制作時間約2小時。3.2截面大小的優(yōu)化。單元格結(jié)構(gòu)的主要框架為200mm×100mm×10mm型的方管共計4根，這4根方管是應力的主要承擔部分，經(jīng)過實際計算其最大的拉力和壓力可達到35.17MPa，這一數(shù)據(jù)低于鋼結(jié)構(gòu)材料預計的抗拉和抗壓強度設計，這種情況說明鋼結(jié)構(gòu)材料的強度優(yōu)勢沒有真正的發(fā)揮出來。因此，需要對單元格結(jié)構(gòu)的主體框架設計進行優(yōu)化，主要從其截面設計入手，在進行準確的數(shù)據(jù)計算和實驗發(fā)現(xiàn)，使用200mm×100mm×6mm型的方管作為主要框架結(jié)構(gòu)完全可以保證質(zhì)量，下部表面可以使用6mm的鋼結(jié)構(gòu)板。單元格結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化之后，每個單元格結(jié)構(gòu)預計節(jié)省鋼結(jié)構(gòu)材料248.57kg，節(jié)省成本約為868.5元。在優(yōu)化之后的單元格結(jié)構(gòu)重量約為628kg，相比于原有單元格結(jié)構(gòu)重量935kg，重量大大的減輕了，這種新型的支護體系不僅讓結(jié)構(gòu)更加合理，提高各個部件的利益率，還有效的降低了材料成本。此外，通過優(yōu)化設計能夠使得單元格結(jié)構(gòu)更加輕便，利于施工，還大大的節(jié)省了預制件的制造時間。

綜上所述，十字形裝配式基坑支護在實際的施工過程中能夠發(fā)揮很好的支護作用，由于這種支護體系是有橫梁與縱向肋梁交叉設計，因此穩(wěn)定性良好，是一種成本低、易安裝、綠色生態(tài)的支護方法。在通過試驗的數(shù)據(jù)結(jié)果對十字形裝配式基坑支護進行合理的優(yōu)化設計，從單元格結(jié)構(gòu)的形式、材料以及截面等部分進行優(yōu)化，能夠大大的減少材料的實際消耗，不僅能夠有效的降低材料的成本，節(jié)約施工資金，還有效的提高了支護體系各個部件的利用率，節(jié)省大量的預制件制造時間，更加便于施工，提高了施工速度。因此，可以看出十字形裝配式基坑支護體系在實際的應用中將發(fā)揮更加重要的作用。

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作者:秦峰 單位:中建鐵路投資建設集團有限公司