确定土拱效应的支护桩间距方法

确定土拱效应的支护桩间距方法

张志清

（核工业二〇三研究所陕西咸阳712000）

【摘要】本文通过对支护桩的土拱效应分析和确定支护桩间距方法的理论分析探讨了确定土拱效应的支护桩间距方法。

【关键词】土拱；效应；支护桩；间距

【Abstract】Thisarticlethroughthesoilarcheffectanalysisofthesupportingpileandpilespacingmethodoftheoreticalanalysistoexplorethemethodtodeterminethesoilarchingeffectofpilespacing.

【Keywords】Soilarch;Effect;Soldierpile;Spacebetween

【中图分类号】TU47【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）04-0101-02

1.支护桩的土拱效应分析

土拱效应是岩石工程中很普遍的一个现象属于土力学领域，太沙基在1936年通过活动门实验证实了它的存在。土拱效应是指支撑刚度较大而维护刚度较小，墙后土压力局部增大的现象，在非岩石地层中开挖基坑，基坑周围地层就会产生变形或者错动，这种变形或者错动是基坑周围应力向临近部分传递的结果，这个过程中产生的应力释放现象即是基坑开挖的土拱效应。在基坑支护工程施工中，合理科学的布设不连续单排支护桩能够稳定基坑开挖时的边坡，阻止支护桩间的土体从支护桩间隙中滑出，这种合理科学布设支护桩间距的方法即是利用了支护桩与土的相互作用即土拱效应。当深基坑中的基坑开挖完工后，支护桩之间的土体是临空的因此这些土体会向基坑内移动，但是支护桩后面的土体因受到了支护桩保护发生的位移或者变形比着临空部分要小的多，这种现象在物理学中叫两者之间产生相对位移。基坑开挖工程中黏性土很常见，黏性土因为拥有黏聚力会和在支护桩间的土体、支护桩后的土体产生摩擦，有摩擦就会产生摩擦阻力，产生的摩擦阻力作用在基坑支护桩间、桩后以及黏性土上会使这些土体的土颗粒相互楔紧，这种楔紧会导致支护桩间的土层相互分离继而产生土拱效应。基坑开挖时土拱效应会迫使支护桩之间的土体的大小主应力发生改变，在基坑支护桩之间形成大小主应力拱效应，这些土拱效应作用在基坑支护桩的两侧和周围比较稳定的土体中形成基坑开挖工程中一系列的土体拱效应。由此可知基坑开挖工程中的土拱效应的强度与支护桩的间距、岩土体内的摩擦角、黏性土的黏聚力、支护桩与土体面的摩擦系数、岩土体蠕动成正比。因此基坑开挖工程中的支护桩主要控制的是土拱效应强度，相邻支护桩作为支撑的拱脚必须有支撑土体中大小主应力的能力，以确保土体的土拱效应不会影响基坑开挖工程施工。在基坑开挖工程中支护桩的间距不能超过一个临界值，若超过这个临界值支护桩间的土体就会从支护桩间滑出来影响基坑开挖工程施工[1]。下图1是基坑开挖工程中支护桩间的土拱示意图：

2.3土拱效应区的受力分析

在基坑开挖工程中支护桩对土拱效应区起支撑作用，它的支撑作用主要依靠支护桩与其周围土体之间的接触面上发生应力的传递，且支护桩因为其材料的刚度和硬度与土体相比要大很多，因此在外力作用下与土体变形的程度相差也会很大，这种情况下土体必然会产生位移，但因支护桩变形很少二者间会逐渐平衡直至达到平衡极限。根据物理结构力学可知合理拱轴线是一条抛物线，根据抛物线受力分析原理土拱的受力分析图如下图3所示[4]：

其中c为支护桩间土体层中黏性土的黏聚力、φ为支护桩土体的内摩擦角。由方程（5）可知支护桩相邻两桩间距的主要影响因素是支护桩间土层黏性土的黏聚力c、摩擦角φ、支护桩的横截面尺寸和支护桩后的土压力[5]。

3.结束语

由上文可知支护桩相邻两桩之间的间距主要受支护桩间土体层黏性土的黏聚力、摩擦力、支护桩的横截面积和支护桩后压力影响，在基坑开挖工程中可根据支护桩的影响因素计算支护桩的桩间距。

参考文献

[1]张主华,陈秋南,王建东,李松.基于土拱效应的支护桩间距确定方法[J].湖南科技大学学报,2010(1):72-73.

[2]陈秋南,周亚军,马晓朋,李腾飞,张主华.基于双剪强度理论土拱效应的基坑支护桩间距分析[J].水文地质工程地质,2012(4):41-45.

[3]李宝平,赵涛.基坑开挖支护结构优化设计[J].四川建材,2015(6):97-98.

[4]张家祥.土拱效应在抗滑桩设计中的应用[J].林业建设,2016(6):49-50.

[5]谷拴成，甄希翠.微型桩加固边坡的合理桩间距确定[J].地下空间与工程学报，2015（6）：1620-1621.