深基坑桩锚支护体系非极限主动土压力演化特征与计算模式

针对基坑工程中桩锚支护结构土压力计算的复杂性和准确性问题,采用室内模型试验的方法,得到非极限主动土压力的3个演化特征:即土压力与水平位移呈现一定的线性特征;开挖工况与土压力动态变化密切相关;桩锚支护结构的临界位移值较刚性挡墙要小.依据上述演化特征给出近似假定条件,借助线性内插方法构建出能够考虑开挖工况影响的非极限主动土压力计算公式.将同类计算方法概化为凸优化理论中的线性规划模型,提出一种预估非极限主动土压力的加权组合计算模式.通过工程实例验证,该计算模式较经典土压力理论的计算精度更高.     

非对称开挖砂性土基坑刚性支护结构解析解

工程上常用的基坑支护结构设计计算方法无法适用于基坑非对称开挖的情况.针对日渐常见的非对称开挖工程,通过变形控制设计,首先引入考虑位移的非极限状态土压力理论,对作用于支护结构上的土压力进行修正.基于获得的修正土压力模式,在对支护结构进行整体受力分析的基础上,获得了可用于两侧挖深不同的单撑式刚性支护结构设计计算的解析解,并进一步分析了土体内摩擦角、支撑刚度、基坑开挖的非对称程度对支护结构安全最小插入比的影响.结果表明:经典等值梁法由于采用极限状态土压力理论,计算得到的支护结构插入比偏于不安全,且计算结果的不安全程度在土体内摩擦角较小的情况下更为严重;相对于较深侧,较浅侧插入比将对基坑的非对称开挖更加敏感;与仅按单边设计相比,该解析解可以有效节约工程造价.试验实测数据验证表明,该计算方法可用于桩土刚度差异较大情况下基坑两侧挖深不同的单撑式支护结构的设计与计算.     

北京地铁车站深基坑主动土压力实测研究

土压力的大小与分布是深基坑支护结构设计的重要问题。基于北京地铁车站的土压力实测结果,研究主动土压力随基坑开挖的变化规律,进而分析主动土压力的分布模式与合力作用点的位置,并与国内类似工程进行对比。研究结果表明:基坑开挖过程中,主动土压力先增加后不变,在桩后近似呈梯形分布,转折点位于桩顶下14m处;合力作用点位置几乎不随基坑开挖深度而发生变化;实测主动土压力小于理论值,其原因与理论计算方法、土体固结、围护结构刚度与变形以及施工因素有关。研究结果对认清桩后侧主动土压力变化规律有重要意义,并可为类似工程提供参考。     

方竖井基坑平动模式挡墙的主动土压力

为了探究方形竖井基坑挡墙后空间主动土压力分布规律,建立了正交挡墙三维有限元分析模型,研究了不同长高比挡墙平动时墙后主动土压力分布及空间滑裂体形状变化规律,并提出考虑挡墙长高比影响的方形基坑空间主动土压力理论计算模型,给出了深筒形基坑的定义和主动土压力合力及其作用点、挡墙中部截面土压力分布的理论公式.通过理论与数值的对比,发现两者吻合较好.研究表明:当挡墙长高比大于临界长高比时,空间滑裂体由中部的库伦主动土楔和角部的曲面体组成;当挡墙长高比小于临界长高比时,滑裂体无平直段,可定义为深筒形基坑,此时随挡墙长高比减小,主动土压力系数由库伦主动土压力系数逐渐减小,滑裂体倾角逐渐增大.     

某停车场深基坑支护方式的FLAC~(3D)模拟分析

目的为解决某停车场基坑不同支护方式的选择问题,对该基坑开挖状态的稳定性进行研究,为基坑工程设计与计算提供参考依据.方法运用岩土工程软件FLAC3D模拟某基坑在桩锚支护下以及疏排桩锚-土钉墙联合支护下的开挖状态,分析数值模拟所得的应力与位移等值线图.结果在桩锚支护下基坑土体最大水平位移约为15.5 mm,而在桩锚-土钉墙联合支护下,其最大水平位移增大到约21.4 mm.基坑的位移引起周围土体不同程度的沉降.结论该基坑土体位移的最大值出现在基坑边坡顶缘.桩锚支护与桩锚-土钉墙联合支护都能够有效地抵抗基坑土体位移,但桩锚支护的效果更好.     

深基坑开挖中双排桩支护的数值模拟及性状

为研究深基坑开挖中双排桩支护结构的内力和变形规律,结合实际工程,建立双排桩、预应力锚杆联合支护体系的数值计算模型,对不同开挖过程中桩-土相互作用机理、支护结构内力、变形和土压力分布特征进行研究,讨论排距、桩长和冠梁刚度等参数对基坑稳定性的影响。研究结果表明:锚杆作用部位桩身将产生较大的反向弯矩,基坑监测时应重点关注;当排距为(3~4)d(其中d为桩的直径),桩长约为开挖深度的1.7倍时,双排桩结构将发挥较好的支护效果;适当增加冠梁刚度将有效地协调前后排桩,减小土体侧向位移。     

MC桩组合支护结构工作性状的有限元分析

水泥土桩与混凝土桩组合支护结构(MC桩)对基坑工程变形控制效果明显,在工程实践中开始得到应用.针对这种组合支护结构工作机理和变形特性研究较少,实际工程多采用经验设计法,缺乏理论依据.应用有限单元法分析了组合支护结构在基坑开挖条件下的工作性状,分析了M桩入土深度、墙体宽度、C桩桩长和土体性质等因素对组合支护结构水平位移、基坑隆起、地面沉降以及桩身内力的影响.分析表明,增大M桩挡墙宽度或增加C桩桩长对支护结构变形、坑底隆起及地表沉降控制效果明显,研究结果对组合支护结构的设计具有参考价值.     

内植混凝土加劲桩的水泥土复合挡墙应用研究

内植混凝土加劲桩的水泥土复合挡墙是将混凝土加劲桩有序嵌入水泥土搅拌挡墙内的一种新式组合结构。以佛山顺德区某基坑支护工程为例,通过MIDAS/GTS建立该工程的三维有限元分析模型,对内植混凝土加劲桩的水泥土复合挡墙的受力机理进行了数值模拟,分别分析了水泥土挡墙截面宽度、嵌固深度和混凝土加劲桩截面尺寸、嵌固深度以及布置形式对基坑围护结构内力和变形的影响。结果表明:水泥土挡墙嵌固深度和截面宽度的增加可增强基坑的稳定性,但若其截面宽度太大,加劲桩结构抵抗侧面压力与弯矩的能力就不能充分发挥;增大混凝土加劲桩结构的嵌固深度、缩小桩距、增加截面宽度均可有效限制基坑水平位移的发展;水泥土挡墙加劲与否对限制基坑竖向变形的效果不佳。     

考虑卸荷及变形影响的基坑挡墙土压力

基于现行基坑支护结构设计采用的弹性支点法对墙后主动区土压力采用经典的朗肯土压力理论,没有考虑墙体变形对墙后土压力的影响,墙前被动区也只考虑了位移的线性影响,根据基坑挡墙前后土体的应变状态模式假定,采用不同卸荷应力路径试验得到土体应力应变关系,建立考虑卸荷及变形影响的非极限主动、被动土压力计算公式.然后,对公式参数的取值进行讨论.研究结果表明:该计算公式不仅考虑了卸荷应力路径,而且能够反映变形对土压力的非线性影响.     

复合土钉墙支护基坑颗粒流数值模拟研究

利用基于离散元理论的颗粒流软件PFC3d建立基坑开挖土钉支护的三维颗粒流模型,通过分析有复合土钉墙支护基坑和无复合土钉墙支护基坑数值模型的位移场和应力场,研究复合土钉支护基坑开挖过程的规律和土钉支护的机理。由于复合土钉的作用,复合土钉墙支护基坑和无复合土钉支护基坑在变形程度和变形模式等方面存在较大差异。复合土钉墙支护基坑挡墙变形较小,出现“两头小、中间大”的大肚状变形模式,坑底隆起量和墙后土体沉降量相对于无土钉墙支护基坑均较小。利用土拱效应来分析复合土钉支护机理,认为土钉支护作用不仅仅是土钉和土体之间相互拉拔作用,土拱效应才是复合土钉墙支护作用机理的关键。细观机理研究和颗粒流数值模拟为复合土钉墙支护基坑的机理研究提供新的思路和方法。     

悬臂式板桩入土深度的ANSYS数值模拟

板桩作为一种挡土支护结构,常用在码头、船闸以及基坑开挖等工程中,因此存在一个板桩入土深度的设计问题。现有的计算方法不考虑墙与土之间的实际变形情况和其对土压力的大小与分布的影响, 存在一些不可忽视的缺陷。本文采用ANSYS有限元软件对悬臂式板桩进行了三维实体数值模拟,得到了板桩位移,并分析得出其入土深度,计算结果符合实际情况,这为悬臂式板桩结构入土深度的设计校核提供了可靠的参考数据。     

软土中静压桩施工对紧邻地下连续墙围护结构的影响

基于3×3群桩,采用模型试验模拟静压桩施工,用有机玻璃棒和铝板模拟静压桩和地下连续墙围护结构,研究了软土中静压桩施工对紧邻地下连续墙围护结构的影响。结果表明,静压桩施工过程中,围护结构受静压桩挤土效应的影响逐渐增大。其中,随着围护结构平面尺寸的增大,其水平位移和坑底隆起变形也逐渐增大,而主动区土压力则逐渐减小;围护结构-桩区间距离越小,其水平位移、坑底隆起变形和土压力越大。研究结果对软土地区静压桩施工具有一定的指导意义和实用价值。     

不同地基处理方式下组合式板桩码头结构的受力变形分析

为解决软弱土地基深水板桩码头的技术难题,采用不同水泥掺入比的满堂式加固法和水泥搅拌桩加固法对软弱土地基进行处理,并与传统单锚板桩结构进行组合,研究组合式板桩码头结构的受力变形状况。结果表明:不同水泥掺入比满堂式加固软弱土地基主要通过增加刚度抵挡竖向和水平向的荷载,减少作用于前墙的侧向土压力;随着水泥掺入比的增大,整体承受侧向土压力作用增强,前墙的变形显著减小。采用水泥搅拌桩处理软弱土地基,形成的搅拌桩桩体和桩间土共同协调了结构与土的受力状况,且通过限制前墙位移降低了锚杆的内力,减小了前墙内力。     

土岩组合地层深基坑桩撑体系变形及受力分析

以青岛地铁1号线胜利桥站施工为工程依托,对土岩组合复杂地质条件下深基坑开挖过程中围护结构桩撑体系的变形及受力特性进行研究,采用现场监测数据分析和有限元软件建模分析方法,研究上软下硬地层条件下基坑开挖土体受力及变形分布规律和基坑围护结构变形规律及受力机理.得出的结论:①桩体位移峰值位置随开挖过程不断下移,且围护桩桩体变形随着开挖进程由向坑内前倾逐渐变为")"形曲线变化;②当围护桩单独受力时,围护桩产生明显的嵌固段,桩身在嵌固段与土体交界处产一段2～3m的应力集中区域;③剪应力值不断增大,坑内土体形成塑性区,土体位移场的分布规律与圆弧滑裂面十分相似;④支撑为基坑围护结构的主要受力构件,当前一道支撑受力时,每次的位移增量逐渐减小,第四道支撑起作用时,位移增量仅为第三道支撑时的10％,说明桩撑体系协同作用对土体变形具有较强的控制作用.     

分离卸荷式板桩码头中地下连续墙的性状

针对分离卸荷式板桩码头中地下连续墙内力和变形情况复杂且无完善的计算理论的现状,利用原型观测技术获取某港区10万t级分离卸荷式板桩码头在港池浚深期及码头运营1a期内的监测数据,探究新型板桩码头结构中地下连续墙在各种工况下的工作性状。基于原型观测数据,推算分析地下连续墙和遮帘桩的水平位移,拉杆拉力,地下连续墙海、陆侧土压力及地下连续墙海、陆侧竖向钢筋应力,混凝土应变和弯矩。结果表明:分离卸荷式承台和遮帘桩能够起到卸荷作用,减小地基土层对地下连续墙的侧向压力;地下连续墙内力和水平位移较小,码头实际运行状态良好;码头进入满载期的地下连续墙弯矩绝对值最大,最大正负弯矩分别为891kN.m和-693kN.m(弯矩以墙体海侧受拉为正)。     

采动区墙体转动模式下非极限被动土压力试验研究

为了揭示采动区下沉盆地压缩区刚性墙体非极限被动土压力的分布规律,根据采动区下沉盆地压缩区挡墙主要发生挡墙绕墙底转动变位模式(RB模式)的特点,进行了挡墙绕墙底转动变位模式下,填土为松砂和密砂时非极限被动土压力试验,同时对比了填土为松砂和密砂挡墙平移模式时非极限被动土压力试验。研究结果表明:(1)采动区下沉盆地压缩区挡墙绕墙底转动压缩土体,侧土压力和墙体深度和位移都有关系,侧土压力、深度和位移三维曲面波动较大;(2)侧土压力随深度呈非线性分布,墙体中上部土压力较大;(3)侧土压力随挡墙位移也呈非线性分布,随着位移的增大,非极限侧土压力合力随之增大。     

天津站地下换乘中心基坑工程2标段盖挖逆作法的实测分析

分析了天津站地下换乘中心工程2标段基坑开挖过程中的地下连续墙水平位移、结构柱隆沉及其差异变形和主动区土压力的监测结果．实测表明：当开挖完成后,普通地下连续墙最大侧移位置位于开挖面附近,而T形地下连续墙．即使开挖至负4层,最大侧移位置仍在开挖面之上的墙体中部．开挖过程中墙体侧移会出现由于开挖的空间效应而减小的情况．结构柱隆起具有明显的时空效应,其值与距地下连续墙的距离、层板浇筑、开挖顺序等因素有关．尽管最大隆起超过控制值,但差异变形在控制范围内且结构并未破坏,可以适当放宽结构柱隆起预警值的要求,以差异变形为关键控制标准．墙外主动区土压力呈曲线分布,在施工过程中变化较小,其分布及变化与墙体挠曲形式和侧移趋势有关．     

挡土墙绕墙底转动下非极限主动土压力的研究

将填土内摩擦角和墙面外摩擦角与墙体绕墙底向外转动角度之间的关系植于改进了的传统水平层分析法中，用于求解挡土墙绕墙底转动模式非极限状态下的主动土压力．取挡土墙后滑动土体的水平薄层单元进行受力分析，建立了非极限状态下土压力强度的一阶微分方程，得到了绕墙底转动变位模式下挡土墙非极限状态主动土压力强度、土压力合力和土压力合力作用点的计算公式，并将计算所得结果与已有模型试验和库仑土压力的计算结果进行比较．表明本文计算方法接近土压力的真实分布，能够综合考虑挡土墙变位模式与位移对土压力的影响．     

考虑位移影响的支护桩内力计算有限差分法

传统的深基坑支护计算方法比较繁琐,而假定的土压力与内力计算结果在许多情况下与实际情况不太吻合.本文将基于有限差分法,根据支护桩位移与土压力的关系,编制了一个迭代的计算程序模拟开挖的土压力变化,进而计算出基坑支护桩每一个点的内力与位移,提高了有限差分法的计算精度,方便进行设计优化和施工监测.     

南京市某综合管廊工程基坑监测分析

在综合管廊建设过程中,常面临开挖基坑失稳问题;而钢板桩支护由于自身施工快速、隔水性好等良好性能,能够保证开挖临空面不会失稳破坏;因此在基坑支护领域得到了广泛应用。结合南京市某综合管廊工程,针对工程中采用的钢板桩加二道钢支撑支护方式,开展了管廊基坑监测工作,获取了管廊基坑的深层土体水平位移、地面沉降量、钢支撑轴力等监测值。研究结果表明,从第二道支撑底往下开挖至基坑底的过程中土体水平位移变化量最大,水平位移最大值出现在地表;地面沉降量随着基坑开挖而增大,沉降速率逐渐减小;钢支撑的轴力值第二道支撑大于第一道,并受开挖速度及支撑架设时间等因素影响。研究成果可为相关管廊工程的设计、施工、监测提供工程借鉴。