预应力鱼腹梁支撑体系控制深基坑变形研究

预应力鱼腹梁支撑体系控制深基坑变形研究

梅涛

中国葛洲坝集团第二工程有限公司  四川成都  610091

【摘要】深基坑工程施工过程中，变形控制是保证周边建筑物安全的关键。预应力鱼腹梁支撑体系凭借其独特的力学特性，在深基坑变形控制中展现出良好的应用前景。本文通过分析预应力鱼腹梁对深基坑变形的影响机理，提出了优化预应力鱼腹梁支撑体系的策略，并结合实践案例进行了验证。研究表明，合理设计预应力鱼腹梁的参数、布置形式以及与土体的协同作用机制，可以显著提升深基坑变形控制效果，为确保周边建筑物的安全提供可靠的技术保障。

【关键词】深基坑；变形控制；预应力鱼腹梁；支撑体系优化

引言

随着城市建设的不断发展，深基坑工程日益增多，其施工过程中面临的变形控制问题备受关注。深基坑变形不仅影响基坑自身的稳定性，还可能对邻近建筑物造成损害。传统的支撑体系在控制深基坑变形方面存在一定局限性，亟需探索新的技术方案。预应力鱼腹梁支撑体系凭借其独特的力学特性和优越的变形控制能力，为解决深基坑变形问题提供了新的思路。本文将深入分析预应力鱼腹梁对深基坑变形的影响机理，探讨优化预应力鱼腹梁支撑体系的策略，并通过实践案例的验证，为深基坑变形控制提供参考。

1 预应力鱼腹梁对深基坑变形的影响分析

1.1 预应力鱼腹梁的独特力学特性

预应力鱼腹梁具有独特的截面形状和预应力配置，使其在受力过程中表现出优异的抗弯和抗剪性能。鱼腹梁的腹板采用一致截面设计,既保证了梁的整体抗弯刚度,又避免了变截面可能带来的施工复杂性,同时通过优化设计仍能有效控制梁的自重。此外，预应力筋的合理配置可以在鱼腹梁中引入有益的压应力，进一步提升其抗弯和抗剪能力。这些独特的力学特性使预应力鱼腹梁在深基坑支撑体系中展现出卓越的性能[1]。

1.2 预应力鱼腹梁对土体变形的约束效应

预应力鱼腹梁通过与土体的相互作用，对深基坑周围土体的变形产生显著的约束效应。采用灌注桩连接鱼腹梁与土体，形成一个整体的约束体系。当基坑开挖导致土体产生变形时，预应力鱼腹梁可以通过轴向力和弯矩的传递，有效抑制土体的水平位移和垂直沉降。同时，预应力筋的存在使鱼腹梁在约束土体变形的过程中始终保持较高的刚度和强度，从而提高了整个支撑体系的变形控制效果。

1.3 预应力鱼腹梁的变形协调机制

预应力鱼腹梁在支撑体系中起到变形协调的关键作用。深基坑开挖过程中，不同位置的土体变形存在差异，这种差异会导致支撑结构受力不均匀，产生额外的应力集中。而预应力鱼腹梁凭借其良好的变形适应性，可以在不同位置的土体变形差异下，通过自身的变形来调节和分散应力，使整个支撑体系的受力更加均衡[2]。这种变形协调机制有助于减小支撑结构的局部应力集中，提高支撑体系的整体性能，从而更好地控制深基坑变形。

2 预应力鱼腹梁支撑体系控制深基坑变形的优化策略

2.1 合理设计预应力鱼腹梁参数

预应力鱼腹梁参数的合理设计是优化支撑体系变形控制效果的关键。鱼腹梁的截面尺寸、预应力筋配置以及材料选择等参数都对其力学性能和变形控制能力产生重要影响。通过对这些参数进行优化设计，可以充分发挥预应力鱼腹梁的抗弯和抗剪性能，提高其对土体变形的约束效应。在截面尺寸方面，需要根据基坑深度和荷载情况确定合适的梁高和宽度，以保证足够的刚度和承载能力。预应力筋的配置则需要考虑预应力大小、布置形式和数量，以实现最佳的受力状态。材料选择方面，采用高强度混凝土和高性能预应力钢绞线可以显著提升鱼腹梁的强度和刚度。此外，合理调整腹板厚度和预应力筋布置形式可以优化鱼腹梁的受力分布，减小应力集中。参数优化设计需要综合考虑基坑条件、土体特性以及施工工艺等因素，通过理论分析和数值模拟等方法，对各项参数进行系统的优化和调整，以达到最佳的变形控制效果[3]。

2.2 优化预应力鱼腹梁布置形式

预应力鱼腹梁的布置形式对支撑体系的变形控制效果有着直接影响。合理的布置形式可以充分利用鱼腹梁的力学特性，实现对土体变形的有效约束。常见的布置形式包括单排布置、多排布置以及组合布置等。单排布置适用于较浅的基坑或土体条件较好的情况，具有施工简便、造价较低的优点。多排布置可以提供更大的支撑刚度，适用于深基坑或土体条件复杂的情况，能够有效控制基坑周边土体的大变形。组合布置则结合了不同布置形式的优点，可以根据基坑的具体条件进行灵活设计，如在基坑上部采用单排布置，下部采用多排布置。此外，预应力鱼腹梁的布置间距和倾角也是影响变形控制效果的重要因素。布置间距的确定需要考虑土体特性和基坑深度，合理的间距可以保证支撑体系的整体性和连续性。倾角的选择则需要综合考虑土压力分布和施工便利性，适当的倾角可以提高鱼腹梁的受力效率，需要通过合理的设计来优化[4]。

2.3 加强预应力鱼腹梁与土体的协同作用

预应力鱼腹梁与土体之间的协同作用是支撑体系发挥变形控制效果的基础。加强二者之间的协同作用可以显著提升支撑体系的整体性能。首先，采用灌注桩作为鱼腹梁与土体的连接方式，确保有效连接和应力传递。灌注桩具有较大的抗拔力和剪切力，适用于各种土体条件，可在土体强度较低时提供足够支撑，也能在土体强度较高时实现良好的变形协调，从而提高整体支护结构的稳定性和适应性。其次，可以通过在鱼腹梁与土体之间设置传力层，如砂石层或素混凝土层，来优化应力分布，减小应力集中。传力层的厚度和材料特性需要根据土体条件和荷载情况进行优化设计。合理控制连接位置和传力层的材料特性，可以促进预应力鱼腹梁与土体之间的变形协调，提高支撑体系对土体变形的控制能力。此外，通过对预应力鱼腹梁表面进行处理，如增加粗糙度或设置凹凸纹理，也可以提高鱼腹梁与土体之间的摩擦力和粘结力，进一步增强协同作用效果。

3 工程实践案例分析

梁溪矽谷半导体智慧装备产业基地项目位于无锡市梁溪区,总建筑面积达15.6万平方米。由于场地条件限制和工期要求紧,项目采用预应力鱼腹梁支撑体系进行基坑支护。基坑开挖深度10.4m,周边环境复杂,变形控制要求严格。支护方案采用1道冠梁+6道预应力鱼腹梁支撑的形式,支撑设计标准跨度18m。鱼腹梁采用Q345B钢材,梁高0.6m,单榀重量18t,施加预应力800kN。支撑施工采用整体提升法,运用多点同步张拉工艺精确控制预应力。施工过程中,采用自动化监测系统动态监测支撑结构内力及变形,及时优化施工参数。经过5个月的科学施工,项目顺利竣工,取得了良好的变形控制效果。基坑周边环境未受影响,变形控制指标全面达标,获得了建设各方的一致好评。该项目充分体现了预应力鱼腹梁支撑技术的优越性,为同类工程提供了宝贵经验。

4 结语

深基坑变形控制是保证基坑自身稳定性和周边建筑物安全的关键。预应力鱼腹梁支撑体系凭借其独特的力学特性和优越的变形控制能力，为解决深基坑变形问题提供了一种新的技术方案。通过合理设计预应力鱼腹梁的参数、优化布置形式以及加强与土体的协同作用，可以显著提升支撑体系的变形控制效果。实践案例的成功应用进一步验证了预应力鱼腹梁支撑体系的可行性和有效性。随着研究的不断深入和实践经验的积累，预应力鱼腹梁支撑体系必将在深基坑变形控制领域发挥更大的作用，为城市建设的安全和可持续发展做出更多贡献。

【参考文献】

[1]王梦鸽. 预应力鱼腹梁型钢支撑在L形基坑支护中的应用研究[D].江苏科技大学,2023.

[2]吉泽森. 基于装配式预应力鱼腹梁结构体系的深基坑支护案例分析[D].扬州大学,2023.

[3]胡廖琪.预应力鱼腹梁钢支撑控制围护桩变形理论研究[J].地下空间与工程学报,2021,17(S1):141-149.

[4]张文帅. 预应力鱼腹梁支撑体系控制深基坑变形研究[D].安徽建筑大学,2021.