桩锚与土钉联合支护结构的概念优化设计

土钉支护体系通过土中设置钉体加强边壁土体,得到支护功效.边壁原状土体强度可得到最大程度的发挥.桩锚支护结构主要通过施加锚杆预应力加强基坑边壁稳定性,控制基坑边壁侧移;将桩锚与土钉构成联合支护结构时,土钉对土体的加强作用使作用于桩锚结构上的土压力得到显著减小,锚杆预应力水平得到显著降低.本文根据桩锚与土钉联合支护结构的受力变形特点和二者的协同工作机理,研究了联合支护结构的概念优化设计方法.     

基于协调变形的桩锚与土钉联合支护结构的设计计算

在桩锚与土钉联合支护结构的设计计算问题中,首先就要分析联合支护中桩锚结构和土钉结构所能承担的土压力.由于锚杆和土钉作用力的发挥依赖于基坑侧壁变形,因此研究桩锚与土钉联合支护结构中土压力的分配问题应考虑基坑开挖过程中侧移的发展进程,按协调变形来计算桩锚与土钉各自承担的土压力.通过对工程实例中基坑边壁侧移的计算,并与监测结果进行对比,验证了基于协调变形的联合支护结构的设计计算方法的合理性和工程适用性.     

桩锚与土钉联合支护结构的土压力分配机制

桩锚与土钉联合支护结构在控制基坑边壁侧移变形,减小环境影响,降低基坑支护施工难度,加快施工速度等方面具有明显技术优势,并在实际工程中得到成功应用,是目前常用的基坑支护形式之一.本文在比较桩锚与土钉各自技术特点基础上,分析研究了桩锚与土钉联合支护在基坑开挖施工过程中受力变形的发展过程,提出了联合支护结构中土压力的分配机制,为桩锚与土钉联合支护结构的设计计算提供了理论保证.     

土钉与桩锚联合支护结构的计算模式

土钉与桩锚联合支护结构是由土钉支护与桩锚支护共同构成。在基坑边壁土压力及其它各种荷载作用下,土钉与桩锚作为一个整体共同抵抗荷载和变形。本文从分析土钉支护结构的受力特点、施工特点和破坏类型入手,研究分析了土钉与桩锚联合支护结构的协同工作机理,以及土钉与桩锚联合支护结构的设计计算内容与方法。     

水泥土桩复合土钉支护的失稳破坏及稳定性验算

土钉支护的特点是随挖随支,其锚固体强度随时间逐渐提高,在继续开挖过程中,基坑临空高度持续加大,使基坑边壁发生相应侧移变形,土钉开始发挥作用,因此其对施工开挖速度有较为严格的限制。水泥土桩复合土钉在施工过程中,由于水泥土桩强度和刚度的预先形成,限制了开挖施工阶段的失稳破坏,并使基坑边壁的直立开挖高度相应提高,在继续开挖和土钉施工过程中基坑边壁的侧移特征、土钉应力的分布特征均发生变化,因此水泥土桩复合土钉支护结构的失稳破坏及设计计算模式相应发生变化。本文基于水泥土桩的强度和刚度对土钉支护结构的影响,分析研究了水泥土桩复合土钉的失稳破坏特征,及稳定性验算要求,为建立水泥土桩复合土钉的设计计算理论奠定基础。     

桩锚与土钉联合支护结构传力机制的对比分析

桩锚支护与土钉可以在竖向或水平向联合使用,土压力的传力机制完全不同,分别适用于不同土层条件.桩锚与土钉竖向联合支护结构中,土钉主要作用是提高桩锚后面土体强度,从而使实际作用于桩锚结构上的土压力相应减小;桩锚与土钉水平向联合支护结构中,土钉主要作用是承担桩锚结构间的土体,并将此部分土体侧压力通过水平土拱传至两侧桩锚结构上.本文通过对比分析联合支护结构间土压力的传力机制,总结了联合支护结构的承载机理和工程适用范围,为此类支护结构的合理选型和工程设计应用提供了理论基础.     

桩锚结构在城市地下通道工程中的应用

深基坑支护体系一般情况下由两部分组成：一是围护墙;另一是内支撑或土层锚杆。内支撑或土层锚杆与挡土桩墙一起,以增强支护结构的整体稳定性,它不仅直接关系到土方开挖和基坑的安全,而且对基坑的工程造价和施工进度影响很大。桩锚结构在控制基坑边壁侧移变形,减小环境影响,降低基坑支护施工难度,加快施工速度等方面具有明显技术优势,本文对武汉市首义通道工程西引道结构设计中桩锚挡墙的设计情况进行了描述、归纳和总结,可供设计人员借鉴参考。     

多种支护形式并用的深大基坑支护实例

为了使西北地区大深基坑设计更加合理,用合理的方法和技术去解决基坑支护工程中存在的问题。依托西宁市水井巷商务片区一期基坑工程,进行了多种基坑支护形式并用的优化设计研究,将原方案一桩到底优化为上部土钉墙+下部排桩锚杆联合支护体系。上部通过采用坡度尽可能缓的土钉墙,卸除土体荷载,有效地减小了主动土压力;下部采用在桩身最大弯矩处局部加密配筋优化的桩锚支护结构,同时将东西侧与北侧锚杆排数进行合理优化,有效地控制了基坑开挖过程中产生的变形,降低了工程造价。另外,土钉支护结构在该基坑的成功应用再次证明,多级土钉墙在深基坑工程中的应用有待进一步研究。     

复合土钉支护的软土基坑开挖有限元模拟分析

基于平面应变假设,采用自行编制的有限元程序建立数值计算模型,考察某复合土钉支护工程下的软土基坑开挖变形性状及土钉的受力情况.结果表明,深搅桩-土钉/锚杆支护软土基坑中,锚杆张拉力的作用对基坑水平位移及受力影响较大;复合土钉支护结构并无特别针对坑底土体隆起的加固措施,须采用考虑时空效应的分层分块的开挖模式,以确保坑底隆起...     

复合土钉支护内力与变形的模拟分析

为研究复合土钉支护体系中各构件的协同作用机理,应用FLAC-3D软件对纯土钉支护、土钉-预应力锚杆支护、土钉-微型桩-预应力锚杆支护三种支护方式进行模拟分析。结果表明：锚杆的深层锚固作用使各层土钉的轴力相对于纯土钉支护明显减小,且距离锚杆越近的土钉轴力下降越明显;预应力锚杆的挤压作用使土体的可能滑裂面后移,滑移半径增大,基坑边坡的稳定性增强;微型桩的设置,增强了其周围一定范围内土体的强度,改善了开挖后土体的应力场和边坡的稳定性;设置微型桩超前支护后,土钉及预应力锚杆的轴力均下降,但下降幅度不大;在土钉支护中相继增加预应力锚杆和微型桩后,基坑的水平位移明显减少。     

复合土钉支护工程施工过程中的土压力分析

水泥土桩复合土钉支护体系是目前我国基坑工程中常用的基坑支护形式,其特点是水泥土桩改善了基坑边壁的直立临空高度,基本做到土钉的随挖随支和随支随挖,大大加快了施工速度,缩短了施工工期,但其施工过程中需要进行土钉锚固体施工,由此而导致基坑边壁侧移较大、基坑施工影响范围内地面下沉,基坑影响范围内的建筑物发生不均匀沉降变形和局部构件裂缝甚至倒塌破坏。本文探讨了饱和粉土和粉细砂土层为主的地质条件下,水泥土桩复合土钉支护基坑施工过程中常可能出现的环境问题和主要技术原因,分析研究了降水、渗流对土体侧压力的直接影响,对提高此类支护结构的施工安全性及稳定性,降低和避免此类基坑工程的施工环境事故具有一定的理论指导意义。     

基坑分段支护设计及变形监测分析

以长春某深基坑支护工程为背景,对基坑支护体系设计与基坑变形监测进行论述和分析。根据基坑周边环境的复杂程度,基坑采用分段设计。在临近既有建筑和道路侧,分别采用桩锚、微管桩＋土钉墙＋预应力锚索的复合土钉墙支护及土钉墙支护3种形式。从基坑开挖监测角度,对支护结构顶部水平位移进行监测,对周围建筑进行了水平、沉降位移的观测,并对土体深部位移进行了监测。通过对监测结果的分析,证明复合土钉墙可有效控制变形,但在快速开挖的情况下,土钉墙对该基坑变形的控制效果较差,通过监测,及时处理了支护结构存在的危险,避免了事故的发生,证明了基坑监测的必要性。     

基坑开挖对周边环境的影响分析

为探究基坑降水开挖过程中基坑及周边环境的响应,以西北某实际基坑工程为背景,通过Plaxis 3D软件建立模型,分析了基坑开挖过程中基坑及周边环境产生的变形和围护结构锚杆上力的变化.结果表明：基坑开挖产生的土体变形是一个三维问题,剖面土体的变形受基坑阴、阳角的影响,这种影响的强弱与剖面距基坑阴、阳角的距离有关;在基坑围护结构中,锚杆锚固效果比土钉好30%左右,桩锚支护效果比复合土钉墙好20%左右;下排锚杆比上排锚杆承担更多的主动土压力,其自由段轴力比上排锚杆大;位于复合土钉墙支护段附近的道路受基坑开挖影响,其倾斜方向由最开始的朝坑外倾斜转变为朝坑内倾斜;位于桩锚支护段附近的既有建筑变形均在相关规范允许范围内,周边既有建筑处于安全状态.     

桩锚结构止水帷幕的应用

支护结构选型及止水方案的确定要充分考虑可能发生的破坏形态、地质环境及周边环境的影响。本文结合东莞某深基坑设计实例,针对二期项目对支护结构选型的影响以及砂层对止水效果的影响,采取分区段选用角撑及桩锚支护,采用水泥土搅拌桩+桩间旋喷作为止水帷幕体系。通过降低锚索预拉力及锚索间距等方式降低了锚索力设计值,满足锚索在软弱土层的锚固要求。结果表明,该支护类型所产生的位移在可控制的位移值以内。为具有类似地质环境及周边环境的基坑设计提供借鉴。     

不同材质腰梁对锚索预应力损失的影响研究

为研究不同材质腰梁对锚索预应力损失的影响规律,依托青岛海天中心桩锚支护深基坑工程,结合现场实测和ABAQUS有限元数值模拟,阐明了3种不同材质腰梁作用下锚索预应力变化规律,并将模拟结果与实测结果进行对比分析。结果表明：模拟结果与实测结果变化规律基本一致;锚索预应力随时间的变化趋势较平缓,分为快速下降、稳定变化和基本稳定3个阶段;加载过程中,锚索应力由自由段向锚固段传递,逐渐传递到支护桩及桩后土体;影响锚索预应力损失的主要因素为突然卸荷引起的锚索回缩、土体蠕变和岩土体流变变形。最后对比分析了玻璃纤维增强聚合物(glass fiber reinforced polymer, GFRP)腰梁、混凝土腰梁和钢腰梁作用下锚索预应力损失规律,整体损失率分别为6.89%、14.74%、16.84%,表明GFRP腰梁具有控制锚索预应力损失的绝对优势,研究成果可为类似深基坑工程的设计提供参考和借鉴。     

预应力锁定值对桩锚复合土钉支护结构的影响研究

运用有限元方法对某典型桩锚复合土钉支护结构进行了分析,主要考虑预应力锁定值对支护结构在后续开挖过程中所产生内力和位移的影响．研究结果表明：在开挖过程中,随着预应力锁定值的增大,桩体水平位移逐渐减小,预应力大小在基坑一定深度范围内对桩体位移影响显著,同时对地面沉降的影响也存在一个有效的范围．锚杆轴力分析结果表明,预应力锁定值越大,锚杆预应力损失越严重．锁定值较小时,锚杆轴力增加较大;当锁定值过大时,从开挖到结束锚杆轴力变化很小．