考虑锚索松弛的悬浮隧道冲击动力响应数值模拟.pdf

引用格式:杨赢,雷岚,赵超,等.考虑锚索松弛的悬浮隧道冲击动力响应数值模拟J.隧道建设(中英文),2023,43(10):1733.YANG Ying,LEI Lan,ZHAO Chao,et al.Numerical simulation of impact dynamic response of submerged floating tunnel considering cable slackageJ.Tunnel Construction,2023,43(10):1733.收稿日期:2022-12-25;修回日期:2023-08-02基金项目:浙江省自然科学基金项目(LQ19E090008);浙江大学-浙江交工协同创新联合研究中心资助(ZDJG2021009)第一作者简介:杨赢(1990),男,浙江新昌人,2017 年毕业于浙江大学,桥梁与隧道工程专业,博士,讲师,主要从事悬浮隧道结构动力分析工作。E-mail:yangyingzju 。考虑锚索松弛的悬浮隧道冲击动力响应数值模拟杨 赢1,雷 岚1,赵 超2,项贻强3(1.绍兴文理学院土木工程学院,浙江 绍兴 312000;2.浙江交工集团股份有限公司,浙江 杭州 310051;3.浙江大学建筑工程学院,浙江 杭州 310058)摘要:为研究冲击荷载作用下悬浮隧道锚索的松弛现象及结构动力响应,采用 ABAQUS 软件建立悬浮隧道整体有限元模型,通过刚度的变化来模拟锚索的松弛状态,由 UAMP 子程序接口计算与管体振动速度对应的流体阻力幅值,得到考虑锚索松弛的悬浮隧道冲击动力响应,并分析冲击荷载、浮重比、锚索倾角等因素对动力响应的影响。结果表明:1)在冲击荷载作用下,悬浮隧道锚索会发生松弛现象,使结构整体动力响应增大;2)锚索在松弛张紧过程中会产生冲击张力;3)增大冲击荷载和增加冲击荷载时间会使锚索松弛范围增大,索力的恢复时间增长,冲击张力增大;4)增大管体浮重比有利于减少锚索松弛现象,浮重比建议取值为1.4 左右;5)考虑到松弛效应、初始索力和锚索布置等因素,锚索倾角建议取值为 4560。关键词:悬浮隧道;锚索松弛;冲击荷载;数值模拟;索力;动力响应DOI:10.3973/j.issn.2096-4498.2023.10.009文章编号:2096-4498(2023)10-1733-08中图分类号:U 45 文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):N Nu um me er ri ic ca al l S Si im mu ul la at ti io on n o of f I Im mp pa ac ct t D Dy yn na am mi ic c R Re es sp po on ns se e o of f S Su ub bm me er rg ge ed d F Fl lo oa at ti in ng g T Tu un nn ne el l C Co on ns si id de er ri in ng g C Ca ab bl le e S Sl la ac ck ka ag ge eYANG Ying1,LEI Lan1,ZHAO Chao2,XIANG Yiqiang3(1.College of Civil Engineering,Shaoxing University,Shaoxing 312000,Zhejiang,China;2.Zhejiang Communications Construction Group Co.,Ltd.,Hangzhou 310051,Zhejiang,China;3.College of Civil Engineering and Architecture,Zhejiang University,Hangzhou 310058,Zhejiang,China)A Ab bs st tr ra ac ct t:The overall finite element model of a submerged floating tunnel(SFT)is established using ABAQUS software,and the slacking state of the cable is simulated by changing its stiffness to explore the slackage of the SFT cable and the structural dynamic response under impact load.Subsequently,the hydraulic resistance amplitude corresponding to the vibration velocity of the tube is calculated by the UAMP subroutine,obtaining the impact dynamic response of SFT considering the slackage of the cable.Finally,the effect of impact load,buoyancy-weight ratio,and cable inclination on the dynamic response is analyzed.The results reveal the following:(1)Under the impact load,the SFT cable will experience slackage,increasing the structures overall dynamic response.(2)During the slackage-tension process,impact tension is generated.(3)Increasing the magnitude and duration of the impact load will increase the slackage range,the recovery time,and the impact tension of the SFT cable.(4)Increasing the tubes buoyancy-weight ratio is beneficial to reduce the slackage of the cable,and the recommended buoyancy-weight value is 1.4.(5)Considering the slackage effect,initial force,and SFT cable arrangement,the recommended cable inclination angle value is between 45 and 60.K Ke ey yw wo or rd ds s:submerged floating tunnel;cable slackage;impact load;numerical simulation;cable force;dynamic response隧道建设(中英文)第 43 卷0 引言悬浮隧道(submerged floating tunnel,简称 SFT)是一种新型交通建筑物,由悬浮在水中一定深度的管体、锚泊系统和与两岸相连的构筑物组成。与传统桥梁相比,悬浮隧道的建设与运营对环境影响较小。此外,悬浮隧道每单位长度的建造成本不随总跨度的增加而增加,为复杂水域的通道建设提供了一种全新的选择1-2。在运营过程中,悬浮隧道面临着沉船、坠物、车辆撞击的风险,对隧道结构安全构成极大威胁。目前,已有学者对悬浮隧道在冲击荷载作用下的动力行为展开了研究。在整体动力响应方面,Xiang等3将 悬 浮 隧 道 管 体 简 化 为 弹 性 地 基 梁,基 于Hamilton 原理推导了冲击荷载作用下管体的振动控制方程,对管体空间动力响应进行了分析;张嫄等4采用弹性支撑梁,通过伽辽金法求解控制方程,分析了在冲击荷载作用下悬浮隧道跨中的时程位移,并讨论了张力腿竖向刚度、冲击物质量、冲击速度对悬浮隧道跨中位移的影响;杨赢等5通过 ABAQUS 中 UAMP 子程序接口计算管体运动过程中的流体阻力,对冲击荷载作用下悬浮隧道的整体动力响应进行数值模拟,并通过试验验证了建模方法的有效性;Wang 等6研究了端部约束、管长、结构阻尼和水力阻力等多种因素对冲击载荷作用下悬浮隧道响应的影响,指出当无量纲长度超过 100 时,端部约束对管体最大位移的影响可以忽略不计。冲击荷载会对管体局部造成损伤,在局部响应方面,杨赢等7建立了管体三维实体模型,分析了钢筋混凝土截面和钢-混组合截面在碰撞作用下的损伤情况;Luo 等8考虑了流固耦合效应,采用 SPH法对悬浮隧道管体在遭受潜艇碰撞时的局部动力响应进行了数值模拟。已有研究表明,锚索式悬浮隧道在极端荷载作用下会出现锚索松弛,对结构安全产生影响。Mazzolani等9发现在地震荷载作用下,悬浮隧道锚索会完全失去其初始张力而出现松弛,并表现出明显的非线性行为;Lu 等10-11通过改变锚索支撑刚度,研究了波浪环境中悬浮隧道的动力学响应,发现在较大的浪高下,锚索易出现松弛现象;苏志彬等12考虑了锚索松弛效应,分析了在索端参数激励作用下水中悬浮隧道的振动响应,指出悬浮隧道锚索松弛对其振动的影响不可忽略;Wu 等13设计了一种水下振动装置来模拟地震激励,研究发现在地震荷载作用下,锚索会产生交替的松弛-张紧行为。锚索一旦发生松弛,其对管体的支撑作用消失,从而影响结构的整体稳定;当再次张紧时,锚索拉力会显著增大,可能导致断索的发生。Xiang 等14-15研究了锚索突然失效时悬浮隧道的整体动力响应,研究表明锚索突然断裂后,管体振动强烈;阳帅等16研究了波流作用下悬浮隧道局部锚索的破断动力响应,得出锚索破断会引起结构的高频振动和产生冲击效应;Wu 等17的研究指出,不同情况下结构的瞬态效应、力的再分配和冲击力是决定锚索断裂下悬浮隧道失稳和逐渐坍塌的关键因素。冲击荷载量值大,属于极端的荷载工况,也可能导致悬浮隧道锚索出现松弛,对结构安全不利。因此,有必要建立反映真实情况的计算模型,分析冲击荷载作用下考虑锚索松弛效应的动力响应。本文采用 ABAQUS 软件建立悬浮隧道在冲击荷载作用下的有限元模型,采用 Morison 方程计算流体阻力,并通过 UAMP 子程序进行模拟,分析并对比考虑与不考虑锚索松弛效应下悬浮隧道结构的动力响应,并对冲击荷载、浮重比、锚索倾角等参数对悬浮隧道锚索松弛行为的影响进行研究。1 悬浮隧道有限元建模1.1 结构基本参数悬浮隧道结构示意如图 1 所示。由于目前还尚未有悬浮隧道建成的先例,因此,本文计算参数取自文献5和文献18,如表 1 所示。悬浮隧道管体的总长度为 2 000 m,沿管体轴线方向均匀布置 19 对锚索。为简化计算过程,假定各根锚索具有相同的物理参数。因管体冗余浮力的作用,锚索处于张紧状态。不考虑管段接头和碰撞局部损伤对管体整体抗弯刚度的影响。l0为锚索长度;为锚索倾角;为锚索安装角;r 为管体半径;w 为管体壁厚;h 为锚索间距。图 1 悬浮隧道结构示意图Fig.1 Schematic of SFT1.2 有限元模型和松弛判据采用 ABAQUS 软件建立有限元模型,其中,管体采用梁单元 B31 模拟,锚索采用桁架单元 T3D2 模拟。整体模型共划分为 2 038 个单元,总节点数为6 077 个。管体两端为简支边界,锚索与管体之间通过 MPC 约束实现铰接,锚索与基础铰接。悬浮隧道有限元模型如图 2 所示。4371第 10 期杨 赢,等:考虑锚索松弛的悬浮隧道冲击动力响应数值模拟表 1 悬浮隧道基本参数Table 1 Basic parameters of SFT构件项目数值管体锚索流体弹性模量 E/MPa3.55104单位长度质量 m0/kg1.1105长度 l/m2 000半径 r/m7.5壁厚 w/m1长度 l0/m231直径 dc/m0.347弹性模量 Ec/MPa1.95105倾角/()60安装角/()90间距 h/m100密度/(kgm-3)1 028图 2 悬浮隧道有限元模型Fig.2 Finite element model of SFT为分析对比锚索松弛效应对悬浮隧道冲击动力响应的影响,设置 2 种锚索刚度变化情况。1)不考虑松弛。忽略索力变化对轴向刚度的影响,假定锚索刚度不变,且可以承受轴向压力。2)考虑松弛。锚索和管体位移关系如图 3 所示。在竖向冲击荷载作用下,管体产生向下位移 u,当锚索的伸长量 li0 时,其索力为 0,即产生松弛现象。第i 根锚索的刚度表达式11为:Ki(li)=k(li0),0(li0)。li=li-ln,i=1,2。(1)其中,k=EAln。(2)式(1)(2)中:k 为锚索的抗拉刚度;li为第 i 根锚索的瞬时长度;ln为无应力长度;E 为锚索弹性模量;A 为锚索横截面积。1.3 荷载施加1)静力荷载。在 ABAQUS 中荷载模块为悬浮隧道施加静力,包括浮力及重力,模拟悬浮隧道结构在静水中的受力状态。u 为管体竖向位移;P 为冲击荷载。图 3 锚索和管体位移关系Fig.3Schematic of displacement of SFT section under impact load2)流体惯性力。流体惯性力通过在 ABAQUS 截面属性模块中设置浸没截面来实现。3)流体阻力。流体阻力采用 UAMP 子程序进行计算,每一步增量中利用 ABAQUS 中的 Sensor 功能记录当前时刻管体不同位置的竖向运动速度值,传递给UAMP 子程序;在子程序中基于 Morison 方程计算该时刻相应的流体阻力幅值并反馈给 ABAQUS 主程序作下一步结构分析,达到模拟流体和结构相互作用的效果5。与传统 CFD 方法相比,本方法省略了耗时较多的流场分析,计算量和计算效率能得到显著优化。4)冲击荷载。以幅值的方式加载矩形冲击荷载,作用位置为管体跨中处。冲击荷载作用时程图如图 4所示。图 4 冲击荷载作用时程图Fig.4 Time-history of impact force悬浮隧道在冲击荷载作用下考虑锚索松弛效应的动力响应数值模拟分析流程图如图 5 所示。2 计算结果与分析2.1 锚索索力冲击荷载作用点处锚索索力时程曲线及各锚索最小索力分布如图 6 和图 7 所示。5371隧道建设(中英文)第 43 卷 t 为时间;T 为计算总时间;t 为时间增量。图 5 悬浮隧道冲击动力响应分析流程图Fig.5 Process for dynamic response analysis of SFT图 6 冲击点锚索索力时程曲线Fig.6 Time-history curves of cable force at impact point图 7 冲击荷载作用下各锚索最小索力分布Fig.7 Minimum cable forces of each anchor cable under impact load由图 6 可知:在冲击荷载作用下,考虑松弛的悬浮隧道锚索多次出现索力为 0 的情况,表明锚索会呈现交替的松弛与张紧状态;锚索最大索力通常出现在冲击荷载作用后的第 1 个振动周期内,考虑松弛和不考虑松弛时的锚索最大索力分别为 1.02108 N 和0.95108 N,增幅为 7.09%。根据计算,最大应力分别为 1.004103 MPa 和 1.078103 MPa,尽管尚未达到锚索极限抗拉强度,但松弛现象会导致锚索冲击张力增大,对结构安全不利。由图 7 可知,冲击荷载使得作用点附近 5 对锚索产生松弛现象,而远离冲击荷载作用点处锚索虽未松弛,但索力仍存在一定幅度的变化,表明冲击荷载对悬浮隧道的影响范围较大。2.2 管体位移锚索松弛会导致其对管体的支撑作用消失。冲击荷载作用点处的管体位移时程曲线及位移最大时刻管体变形曲线如图 8 和图 9 所示。图 8 冲击点管体位移时程曲线Fig.8 Tube displacement time-history curves at impact point图 9 冲击点位移最大时刻管体变形曲线图Fig.9Deformation curves of tube at the moment of maximum impact displacement由图 8 可知,管体位移与索力的响应变化特征相近。由于锚索松弛后对管体支撑刚度的减弱,结构振动周期增大,考虑松弛的模型位移响应略滞后于不考虑松弛的模型。在振动过程中,考虑松弛时管体的位移幅值均大于不考虑松弛时的情况。由图 9 可知:在冲击荷载作用位置会产生最大管体竖向变形;不考虑松弛的管体位移为 1.2 m,考虑松弛的管体位移达1.4 m,增幅达 16.67%,管段两端位移曲线基本吻合,6371第 10 期杨 赢,等:考虑锚索松弛的悬浮隧道冲击动力响应数值模拟受松弛影响不大。总体来说,锚索松弛的影响不可忽略,应引起设计的注意。3 影响因素分析3.1 冲击荷载对动力响应的影响分析为讨论冲击荷载大小对考虑锚索松弛的悬浮隧道冲击动力响应的影响,采用 5 种不同大小的冲击荷载进行数值模拟,管体浮重比为 1.6,锚索倾角为 60,结果如图 10 所示。(a)冲击点管体位移时程曲线(b)冲击点锚索索力时程曲线(c)锚索最小索力图 10 不同冲击荷载大小对动力响应的影响Fig.10Effect of different impact load magnitudes on dynamic response由图 10(a)可知,增大冲击荷载会直接导致管体位移增大,进而对锚索索力产生影响。由图 10(b)和图 10(c)可知:仅在冲击荷载为0.5108 N 时,锚索索力始终大于 0;随着冲击荷载的增大,冲击点处的锚索率先出现松弛,且松弛锚索数量逐渐增多;当冲击荷载达到 2.5108 N 时,共有 7 对锚索出现松弛,最大索力较初始索力增大 217.59%。同时,索力的恢复时间增长,且在更多振动周期中出现锚索松弛-张紧状态的转换,对悬浮隧道结构安全产生不利影响。冲击荷载为 2108 N 时,不同作用时长下对动力响应的影响如图 11 所示。(a)冲击点管体位移时程曲线(b)冲击点锚索索力时程曲线(c)锚索最小索力图 11 不同作用时长下对动力响应的影响Fig.11 Effect of different impact load duration on dynamic response7371隧道建设(中英文)第 43 卷由图 11 可知:冲击点管体最大位移会随荷载作用时间的增长而增大;当冲击时间很短时,由于管体变形量很小,锚索不会出现松弛,锚索松弛时间和冲击张力相应增大,但增幅逐渐减慢;当冲击时间大于 1 s时,锚索松弛范围不再增大,这是由于随着作用时间的增长,冲击荷载逐渐表现出静力荷载的特性,管体变形和锚索松弛范围趋于稳定。3.2 浮重比对动力响应的影响分析浮重比是悬浮隧道结构设计的重要参数,合适的浮重比可以提供足够的多余浮力,从而保证结构的稳定性。冲击荷载为 1108 N、锚索倾角为 60、浮重比在 1.22.016变化时悬浮隧道的冲击动力响应如图12 所示。(a)锚索最小索力(b)冲击点索力时程曲线图 12 不同浮重比对索力的影响Fig.12Influence of different buoyancy-weight ratios on cable forces由图 12(a)可知:较大的浮重比会增加锚索初始索力,有利于锚索保持张紧的状态;当浮重比为 1.2时,811 号锚索最小索力降至 0,发生松弛;随着浮重比的增加,松弛的锚索数量减少;当浮重比大于 1.8时,锚索在冲击荷载作用过程中一直保持张紧状态。由图 12(b)可知:增大浮重比可缩短每一次锚索松弛的持续时间;锚索索力变化幅值随浮重比的增大而降低;当浮重比为 1.2 时,锚索的最大索力增幅为初始索力的 214.19%;当浮重比为 2.0 时,锚索索力的变化幅值约为初始索力的 64.94%。因此,增大浮重比对减小锚索松弛范围有利,会增大初始索力。综合考虑安全性和经济性,建议浮重比的取值为 1.4 左右。3.3 锚索倾角对动力响应的影响分析冲击荷载为 1108 N、浮重比为 1.4 时,不同锚索倾角对考虑锚索松弛的悬浮隧道冲击动力响应影响情况如图 13 所示。(a)冲击点索力时程曲线(b)锚索最小索力(c)冲击点位移时程曲线图 13 不同锚索倾角对索力和管体位移的影响Fig.13 Influence of different cable inclined angles on cable forces and tube displacement8371第 10 期杨 赢,等:考虑锚索松弛的悬浮隧道冲击动力响应数值模拟由图 13(a)和图 13(b)可知,在竖向冲击荷载作用下,只有锚索倾角为 30时其索力始终大于 0,且随着倾角的增大,松弛的锚索数量逐渐增多。这是由于当锚索倾角较大时,管体竖向位移对其轴向变形的影响更为显著,使其更易松弛。但从管体位移来看,较大的锚索倾角能提供足够的竖向支撑刚度,有利于减小管体竖向位移,如图 13(c)所示。不同倾角对应的锚索初始参数如表 2 所示。当锚索倾角小于 45时,在相同管体浮重比和深度下,初始索力和锚索长度会迅速增大,不利于锚索布置。因此,综合考虑结构受力和布置,并尽量减小锚索松弛的影响,建议锚索倾角的取值为 4560。表 2 不同锚索倾角情况下索力和长度取值Table 2 Cable force and length values of anchor cable with different inclined angles锚索倾角/()初始索力/N锚索长度/m303.97107400.00452.81107282.84602.30107231.00752.06107207.06901.99107200.004 结论与讨论本文采用 ABAQUS 数值模拟方法对考虑锚索松弛的悬浮隧道冲击动力响应进行研究,分析冲击荷载、浮重比、锚索倾角等因素对动力响应的影响,得到以下结论。1)在冲击荷载作用下,悬浮隧道锚索会发生松弛现象。锚索松弛会增大结构整体动力响应,最大位移增幅达 10%以上。在锚索松弛-张紧过程中,最大索力也会因考虑松弛而增大。2)增大冲击荷载及冲击时长均会使管体位移、锚索松弛时间和范围增大,对结构不利,但冲击时间对结构的影响会随着时间的增长而逐渐稳定。3)尽管较大的管体浮重比会增大锚索初始索力,但有利于提高索力储备,减少锚索松弛现象和振动过程中最大索力的增幅。综合考虑安全性和经济性,设计时建议浮重比取值为 1.4 左右。4)在竖向冲击荷载作用下,锚索倾角越大,越容易发生松弛,而较小的锚索倾角会导致初始索力、锚索长度和管体竖向位移增大,且不利于锚索布置。因此,建议锚索倾角的取值为 4560。在严重的碰撞事故中,除了会发生锚索松弛外,悬浮隧道管体因材料损伤引起的结构刚度变化通常也不可忽略,如何模拟局部损伤对管体抗弯刚度的影响,需在悬浮隧道整体冲击响应分析中进一步深入研究。参考文献(R Re ef fe er re en nc ce es s):1 王变革.水下悬浮隧道锚索的动力响应研究D.大连:大连理工大学,2007.WANG Biange.Dynamic response study of submerged floating tunnel anchor cablesD.Dalian:Dalian University of Technology,2007.2 项贻强,陈政阳,杨赢.悬浮隧道动力响应分析方法及模拟的研究进展J.中国公路学报,2017,30(1):8.XIANG Yiqiang,CHEN Zhengyang,YANG Ying.Research progress of dynamic response analysis method and simulation of submerged floating tunnelJ.China Journal of Highway and Transport,2017,30(1):8.3XIANG Y Q,YANG Y.Spatial dynamic response of submerged floating tunnel under impact load J.Marine Structure,2017,53:20.4 张嫄,董满生,唐飞.冲击荷载作用下水中悬浮隧道的位移响应J.应用数学和力学,2016,13(6):1585.ZHANG Yuan,DONG Mansheng,TANG Fei.Displacement response of submerged floating tunnel under impact loadingJ.Applied Mathematics and Mechanics,2016,13(6):1585.5 杨赢,项贻强,陈政阳,等.悬浮隧道整体冲击响应模拟方法及试验验证J.中国公路学报,2019,32(1):8.YANG Ying,XIANG Yiqiang,CHEN Zhengyang,et al.Simulation method and experimental validation of overall impact response of submerged floating tunnel J.China Journal of Highway and Transport,2019,32(1):8.6 WANG G,ZHANG N,HUANG G.Coupled effect of multi-factor on the vibration of submerged floating tunnel under impact loadJ.Ocean Engineering,2022,262:112.7 杨赢,韩嘉佳,项贻强,等.碰撞作用下钢-混组合悬浮隧道管体局部响应分析J.振动与冲击,2021,40(19):151.YANG Ying,HAN Jiajia,XIANG Yiqiang,et al.Local response analysis of steel-hybrid combined submerged floating tunnel tube body under collision actionJ.Journal of Vibration and Shock,2021,40(19):151.8LUO G,PAN S,ZHANG Y,et al.Response analysis of submerged floating tunnel hit by submarine based on smoothed-particle hydrodynamicsJ.Noise Control,2019:9056416.9MAZZOLANI F,LANDOLFO R,FAGGIANO B,et al.Structural analyses of the submerged floating tunnel prototype in Qiandao lake(PR of China)J.Advances in Structural Engineering,2008,11:439.10 LU W,GE F,WANG L,et al.Slack phenomena in tethers of submerged floating tunnels under hydrodynamic loadsJ.Procedia Engineering,2010:4.11 LU W,GE F,WANG L,et al.On the slack phenomena and snap force in tethers of submerged floating tunnels under 9371隧道建设(中英文)第 43 卷wave conditionsJ.Marine 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Science),2012,46(3):7.“白云说隧”之上海软土深基坑的技术演进:自稳式基坑支护组合技术传统的基坑支护技术大量采用临时钢筋混凝土支护结构,存在以下问题:1)大量使用钢筋混凝土支撑会引起工程建设资源消耗量大、碳排放量高、工程造价高;2)错综复杂的混凝土支撑造成基坑地下施工空间狭小,挖土不便,导致工期延长;3)临时混凝土支撑的拆除还会产生大量建筑垃圾,切割或爆破产生噪声与扬尘更是对周围环境造成污染。因此,需要探索一种更先进的新型支护技术去解决这些问题。自稳式基坑支护组合技术是一种由斜向前撑桩代替钢筋混凝土水平支撑,利用斜向前撑桩提供抗力,与坑外土体压力达到平衡,实现坑内微障碍或无障碍开挖的新型基坑支护技术。其技术原理主要包括斜撑效应、刚架效应和减隆效应。斜撑效应是指斜向前撑桩通过与坑底土体共同作用提供承载力,并通过压顶梁与基坑围护连接控制围护桩向坑内变形的趋势,提供抵抗坑外土体压力;刚架效应是指利用排桩、斜桩组合与压顶梁共同形成超静定刚架结构,提升基坑稳定性与抗倾覆能力;减隆效应是指斜向前撑桩与坑内土体共同作用时反压坑底土体,可减小基坑开挖引起坑底土体隆起变形,同时保持坑底土体应力状态,提升被动区土压力。自稳式基坑支护技术的优点主要体现在 2 个方面:1)效率高。该技术突破性采用坑内土体为支撑点,土方成槽开挖与配筋垫层相结合,大大节约传统支护结构施工及养护时间;同时,开挖阶段实现了基坑工程无水平内支撑的大空间快速施工,解决了现阶段基坑工程大量钢筋混凝土支撑施工养护周期长、基坑挖土效率低的技术不足,显著提升施工效率,节约工期。2)资源消耗低。该技术采用少量斜桩代替密布钢筋混凝土支撑,大大降低了现有同类技术中临时钢筋混凝土结构材料的消耗,节能减排的同时显著降低工程建设成本,并解决了现有同类技术中拆除钢筋混凝土支撑时产生建筑垃圾、噪音扰民、扬尘危害健康等环境问题。以上海地区开挖深度 10 m、开挖面积约 2 万 m2的基坑为例,相比传统的灌注桩+2 道混凝土支撑支护结构,自稳式基坑支护结构技术节省造价 20%,节约工期 40%,降低能耗 30%,具备便捷、安全、经济、高效、环保等优点。截至 2021 年底,推广应用工程项目200 余项,累计合同额 5.6 亿元,累计节约工程建设成本约 12 亿元。(来源:“白云说隧”微信公众号 2023-08-11)0471