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闭合拱圈围护结构

321 2021-11-03 14:14:39

建筑工程深基坑的平面几何形状通常是规则的和不规则的闭合多边形。这种工程特点为闭团合拱圈围护结构的应用提供了条件;另外,土压力是只随深度增加而线性增加的分布荷载,无集中力,它的压力线是曲线形的,曲线形的闭合拱圈(抛物线形或圆弧形)与压力线相似,受力很合理。作用在拱圈上的土压力大部分在拱圈内自身平衡,互相抵消;少部分(例如两个抛物线拱的交接处))不平衡力则要由拱脚基础的被动土压力对拱圈提供支承。拱结构以受压为主,能更好地发挥混凝土抗压强度高的特性。因此在基坑四周场地允许起拱的条件下(基坑各边长L,起拱矢高 f(0.12~0.16)L),可以采用闭合的水平拱圈来支挡水土压力.围护基坑的安全。如地下室的平面形状是曲线形或截角矩形时更有利于布置闭合拱圈。

1.闭合拱圈围护结构的构造

根据不同的基坑形状,闭合拱圈可以是几条二次曲线(抛物线)围成的组合拱圈(曲率不连续);也可以是一个曲率连续的椭圆或圆形拱圈。拱圈支挡高度只需要在基坑底以上适当范围。非闭合拱圈的支座部位应嵌于坑底之下一定深度,拱圈断面宜为 Z字型,详见图9.2-21。拱壁的上、下段设加劲肋梁以提高拱圈的刚度和稳定性。当基坑开挖深度较深,一道Z字型拱圈的围护高度不够时,可以分几道叠合起来(图9.2-21b、c),以达到要求的支护高度。沿拱墙高度应设置数道肋梁。也可视情况加厚拱壁。

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闭合拱圈围护深基坑的特点∶

(1)安全可靠性高。闭合拱圈是以受压为主的围护结构,拱圈上的弯矩很小,自身强度破坏或失稳的可能性甚微。拱圈是沿围护高度分段逆作法施工,每道高度 2m左右,第一道拱圈合拢后再往下挖土施工第二道。每道拱圈分别承受该道拱圈高度的土压力,上下互不影响。所以只要第一道拱圈合拢后是安全工作的,再往下挖土作下一道拱圈也是安全的(由于土压力随深度增加而增加,其拱圈厚度也应相应增加)。不会像挡土桩那样越往下挖,桩上弯矩会越大,危险性也随之增大。

(2)施工方便,节省工期。用闭合拱圈围护基坑,开工就挖土,拱圈的施工可与基坑挖土同步交叉进行,拱圈单独占用的工期很少。工期主要取决于挖土的进度。与用挡土桩围护结构相比,均可节省工期。施工拱圈犹如灌注一条曲线地梁,施工也很方便。

(3)经济效益显著。由于拱圈以受压为主,能充分发挥混凝土材料受压强度高的特性,而且拱圈只需围护坑壁的适当高度即可,用料很少,节省投资费用,经济合理。基坑越深,经济效益越显著。拱圈因起拱部位要超挖一部分土方(还要回填),但与之带来的总的节省效益相比还是很少的。

拱圈只是支挡土压力(也包括止水帷幕传来的水压力),但拱圈自身并不是止水帷幕。对地下水的处理还需要作止水帷幕或用降水、坑内降排水的方法来解决。

2.闭合拱圜的设计计算

下面介绍两种最常用的拱圈型式的设计计算;一是椭圆形拱圈,另一种是几条抛物线围合成的组合拱圈。至于圆形拱圈,计算比较容易,此处略。

(1)椭圆拱圈的设计计算

在自由场中的椭圆拱圈受均布荷载。如图 9,2-22a 所示.应力分析时难以求得简单的表达式,所以只能用数值解(有限元法)求得弯矩如图9.2-22b,径向位移如图9.2-22c 所示。由图9.2-22b 可知弯矩图与位移图形状很相似,正负弯矩的转换点 B与正负径向位移的转换点B'也很相近。

但在实际工程中图9.2-22b的情况不会出现,因为拱壁与土体是共同工作的,变形是协

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