土钉墙在疏排桩支护基坑中的加固效果试验研究

采用同济大学中型岩土离心机进行9组疏排桩-土钉墙组合支护基坑的离心机模型试验。基于离心机模型试验结果,探讨土钉墙在疏排桩支护基坑中的加固效果,并推导土钉墙支护刚度的简化计算公式,研究土钉墙支护刚度对疏排桩-土钉墙组合支护结构支护特性的影响规律。研究结果表明:在疏排桩间设置土钉能有效减小支护结构地表沉降,土钉越长、间距越小时支护结构地表沉降值也越小,加密土钉间距比增加土钉长度对减小支护结构地表沉降更为有效;设置土钉能显著减小支护桩的桩身内力和变形,随着土钉长度的增加和土钉间距的减小,排桩的桩身内力分布规律逐渐由悬臂排桩支护特性向带支撑的支护桩特性转变;通过设置土钉不仅能提高支护结构的稳定性,还能改变支护结构的破坏模式,随着土钉墙支护刚度的增大,会使土钉墙的支护特性得到增强,形成以土钉墙支护特性为主导的疏排桩-土钉墙组合支护结构,相反,则以疏排桩支护特性为主导。     

土钉施加预应力对排桩复合土钉支护的影响分析

针对排桩与土钉相结合的一种新型基坑复合支护形式,研究了土钉施加预应力对其受力变形及整体稳定性的影响。采用ABAQUS有限元软件建立排桩复合土钉支护基坑三维数值模型,模拟分析了土钉预应力施加位置和大小对土体的侧移及沉降、排桩侧移、土钉轴力、排桩桩身弯矩及基坑整体稳定性的影响。结果表明,施加预应力的土钉位置越靠近基坑边坡上部,对限制基坑侧移、减小坑后地表沉降作用越明显,且影响程度随施加的预应力增大而增大;土钉施加预应力使得其他排土钉轴力减小,轴力峰值点后移,且对上一排土钉影响最为明显;土钉施加预应力后,排桩桩身轴力变化很小,排桩复合土钉支护基坑整体稳定性亦基本不变。排桩复合土钉支护可通过对基坑边坡上部土钉施加预应力,以进一步控制基坑变形,土钉施加预应力难以提高支护体系的整体稳定性,但有利于增加排桩间土体的局部稳定性。     

刚性桩复合地基与临近基坑支护结构相互影响的离心模型试验

目前缺乏复合地基与临近基坑支护结构相互影响的相关研究。为了研究复合地基及其支护结构受侧向开挖的影响,通过两组相同荷载相同支护结构、不同置换率的复合地基侧向开挖离心模型试验,分析了桩轴力及侧摩阻力、桩土应力比、桩间土竖向应力、桩弯矩和支护结构弯矩随开挖的变化规律,及其受置换率变化的影响。结果表明:桩轴力、桩土应力比、桩弯矩及支护结构弯矩随开挖递增,桩侧摩阻力及桩间土竖向应力受开挖影响较小,桩身上部摩阻力方向向下,桩身下部向上,支护结构弯矩最大值位置随开挖逐级下移;距基坑的距离决定桩弯矩的大小和变化形式,在距基坑较近处因桩土不均匀沉降明显,桩顶上刺入褥垫层,褥垫层对桩顶有水平约束,引起桩上部负弯矩;除置换率对桩间土竖向应力影响较小外,上述各项力学性状均因置换率的增大而减小,其中支护结构弯矩减小程度最大,表明复合地基置换率增大能够有效改善复合地基和支护结构受力性状,增强其侧向基坑开挖安全性。     

高陡横坡段桩柱式桥梁双桩基础现场试验研究

为分析高陡横坡段桩柱式桥梁双桩基础承载特性及荷载传递机理,依托湖南省张花(张家界—花垣)高速公路泗溪河一桥#6桩开展了现场试验研究。通过采集施工过程中不同工况条件下桩身应力数据,分析了桩身轴力,桩侧摩阻力以及桩身弯矩分布规律。试验结果表明:试桩桩身所受轴向荷载全部由桩侧摩阻力承担,荷载较小时基本由上部土层承担;坡面以下2~5倍桩径范围内桩土极限摩阻力较小,土层与岩层所提供摩阻力之比随荷载增大而降低;桩顶存在负弯矩,前、后桩与横系梁为受力整体。基于有限杆单元方法建立了双桩结构整体分析模型,并通过反算拟合确定了前、后桩土压力分布规律及大小,计算结果与实测值吻合良好,可为同类工程提供参考。     

深基坑中心岛法开挖过程中工程桩对基坑位移影响的有限元分析

武汉市某基坑工程开挖面积大,工程桩数量多,在施工过程中考虑工程桩对基坑位移的影响非常必要。为此,对该基坑工程中心岛法开挖过程进行数值模拟,并采用5种不同工程模型进行对比分析,得出以下结论:已施工工程桩可有效减小基坑整体水平位移、坑外沉降和坑底隆起;预留土区工程桩主要减小双排桩桩身受力变形引起的水平位移,中心岛区域工程桩主要减小双排桩整体水平位移;加固体内工程桩可以有效减小预留土体隆起,并改变其隆起形态;中心岛区域工程桩使坑底土体隆起后顶面整体呈波浪形;基坑开挖将导致工程桩产生较大的整体水平位移和桩身弯曲,导致桩身大部分区域受向上的侧摩阻力作用,使桩身受拉。     

基坑内预留土堤对基坑性状的影响分析

对粘性土基坑中预留土堤作用下的悬臂式排桩支护基坑性状进行不排水数值分析,研究了土堤尺寸、桩土相对刚度等各种因素影响。分析表明:在临时支挡结构前预留土堤可以明显地减小支挡结构变形和支护桩的嵌入深度与弯矩,从而降低工程造价。只要土堤自身稳定性满足要求,合理地增大土堤宽度和高度,可以减小基坑的变形和桩身弯矩,但在较小的坡度条件下无论是在粘土层中还是砂性土层中,预留土堤高度低于1.5 m,宽度小于2.0 m时比较经济。支护桩的刚度越大,要更大的土堤宽度才能有效地减小支护结构的侧移;粘土层不排水强度越大,土堤尺寸对侧移的影响就越小。     

桩锚支护结构锚杆受力机理试验研究

为分析基坑开挖过程中桩锚支护结构的锚杆受力机理,结合西宁火车站综合改造工程的深基坑支护结构,对不同工况条件下锚杆的受力进行现场综合动态试验与监测。结果表明:在未施加预应力阶段,随着基坑的开挖,锚杆的锚固作用逐渐发挥,锚杆轴力沿锚固长度呈现先增大后减小的变化趋势,而摩阻力的分布则存在"中性点";对锚杆进行单循环加载时,锚头施加的荷载有所损失,锚杆轴力和摩阻力均沿锚固段长度逐渐减小;在施加预应力之后,锚杆轴力沿锚杆长度逐渐减小,随开挖深度的增加而逐渐增大,摩阻力沿锚固长度逐渐减小。所得结论可进一步完善锚杆的受力理论,为基坑支护的优化设计及施工提供参考性建议。     

桩锚支护结构桩身内力试验研究

通过对西宁火车站深基坑桩锚支护结构桩身内力进行现场实测,分析了不同工况下桩锚式支护桩的受力特性及其变化规律。结果表明:冠梁不仅能使桩顶部分受力特性不同于上端自由的直立杆件,而且可以有效减小桩身内力;桩锚式支护桩桩身钢筋应力实测值远小于钢筋强度设计值;悬臂支护阶段桩身最大弯矩位于基坑底面附近,桩锚支护阶段桩身最大弯矩位于基坑底面以上至1/3基坑深度的区域内;支护桩嵌固深度过长并不能改善支护桩的受力特性;对于桩锚支护结构,用极限平衡法与弹性支点法进行计算都是偏于安全的,在基坑底面以上,设计时采用极限平衡法比弹性支点法更为经济,而在基坑底面以下采用弹性支点法得出的结果与实测值更加吻合;支护桩桩顶侧向位移随基坑开挖深度的增大而增大,设置预应力锚杆能有效控制基坑顶部侧向位移的发展。     

桩锚支护锚固体段预加固在软土地层应用研究

对于支护空间小、工期紧张的软土地区基坑支护工程而言,场地软土层深厚,桩锚支护中锚固段与软土间的摩阻力较小,锚固段通常需穿透软土层进入到性质较好的地层,因此桩锚支护中普通锚索存在着自由段和锚固段较长、倾角大等问题。为解决上述问题,对桩锚支护中锚固体所在地层进行预加固处理,预加固土体与桩锚体系组合形成一种新型的桩锚体系。基于广州南沙某软土基坑工程,通过数值模拟对不同预加固体宽度、高度和埋深下新型锚固体的极限抗拔力和围护桩受力变形进行探究,提出新型锚固体系的极限抗拔力计算公式和支锚刚度计算公式。     

基坑开挖中群桩受力及变形性状的三维有限元分析

通过有限元计算,研究了大面积深基坑开挖对群桩的受力和变形特性的影响。群桩基础的受力及变形性状明显不同于单桩。对于坑底群桩,随着基坑开挖深度增加,桩身轴力随之增加,桩身轴力最大值位置由桩身中上部转移到中部,与单桩的轴力最大值位置(桩身中下部)有一定程度的差别。在同一开挖深度中,距离地下连续墙近的桩身轴力较小,距离基坑中心近的桩身轴力较大。其主要原因是基坑中心处的土体回弹大于基坑边部,相应的桩土位移及桩侧摩阻力发挥程度也较大。由于基坑开挖造成支护结构发生侧向变形,使得靠近支护结构的桩产生弯曲,整体表现为桩身上部变形较大,中下部变形较小。     

深基坑桩锚支护体系变形特征研究

为研究深基坑中桩锚支护体系变形特性及其空间分布特征,以北京某深基坑为例,采用三维有限差分软件,建立桩锚支护体系分析模型,并将数值分析结果与现行规范计算结果及实测成果进行对比分析。分析结果表明:(1)基坑位移随基坑开挖深度的加大而逐渐增大;(2)阳角部位产生最大变形,阳角效应明显,易发生失稳现象;(3)阴角部位对基坑变形有一定的约束能力,但影响范围很小,在基坑设计中可不考虑阴角约束作用;(4)沿基坑长度方向上,位移分布未呈现明显差别,空间部分效应较不明显;(5)基坑桩顶产生较大的水平位移,而最大水平位移产生在护坡桩桩顶以下至1/2基坑深度范围内,深基坑工程宜加强深层水平位移监测;(6)预应力锚索随空间分布的不同内力无明显差异。     

深基坑桩锚支护结构受力与变形特性现场试验

在成都地区某基坑支护工程开展了深基坑条件下桩锚支护结构受力与变形特性现场试验,研究了冠梁上土压力与内力变化规律、锚索轴力及支护桩侧向位移分布特征。结果表明:①在基坑中部,冠梁对桩顶侧向位移有一定的协调作用,角点处冠梁协调作用较弱,应适当提高冠梁刚度,并将其与其他部位断开;②锚索轴力沿基坑深度呈类抛物线型分布,且(0～2/3)倍基坑最终开挖深度h_e范围内的中上层锚索对支护桩顶侧向位移影响比较明显,施工时应尽量控制该深度范围的开挖速度及重点关注中上层锚索预应力损失;③受边界效应影响,基坑变形具有空间效应特征,具体表现为基坑中部大于角点处、长边大于较短边,边界效应对其影响范围大致为1h_e。     

深基坑开挖对坑底桩受力变形特性的影响研究

随着基坑开挖深度不断加大,基坑开挖过程对已施工坑底工程桩的受力和变形影响不容忽视,针对该问题,对深开挖条件下桩基进行了桩身内力及位移的工程现场实测。对比分析不同位置及不同长度的坑底桩基在开挖过程中的受力和变形规律。结合工程建立三维数值分析模型,基桩采用钢筋混凝土损伤模型,探究了基坑开挖深度、桩的相对位置等因素对桩身轴力、桩土侧摩阻力和桩身刚度的影响规律。结果表明：基坑开挖过程中,桩身受拉力作用;桩身混凝土在产生塑性应变前,桩身拉力随开挖深度增加逐渐增大;桩身混凝土应变超过极限拉应变后,拉力开始逐渐降低,桩身塑性区侧摩阻力变化显著。此外,坑底桩位置和桩长是影响其受力变形特性的重要因素。相同位置处,长桩的桩顶竖向位移更小;靠近基坑中心部位的桩顶竖向位移大,桩身塑性拉应变区较大。     

邻近隧道的岩质深基坑变形监测分析

以重庆某开挖深度近30 m、周围存在邻近隧道的岩质深基坑工程为例,介绍了支护桩加锚索、支护桩加分阶预留岩墙两种围护体系及基坑监测方案,并结合数值模拟对主要监测成果进行分析。分析结果表明:支护桩加分阶预留岩墙作为邻近隧道岩质基坑围护体系非常有效,桩身变形主要集中于土层部分,对坡顶部位进行加固,可有效提高边坡整体稳定性;邻近隧道会改变周围地表最大沉降点位置,其位置与隧道拱顶相对应;由于受连续介质及隧道几何形态的影响,围岩会改变位移场传递的方向,隧道主要表现为横向变形。     

超深开挖对单桩的竖向荷载传递及沉降的影响机理有限元分析

目前对于超深基础下的桩的设计尚未考虑超深开挖、坑底隆起对桩产生的作用。现场采用静载试验确定单桩承载力时也仍采用常规的地表加载并扣除开挖深度范围内桩侧摩阻力的方法,没有考虑深开挖效应的影响。采用经实际工程算例验证的土参数、桩身材料参数和桩土接触面参数,在均质土中建立了轴对称有限元模型,对三种不同试桩方法进行了模拟。通过开挖模拟,首先揭示了深开挖对桩的影响效应,在此基础上,对超深开挖对桩在开挖后再加载的荷载传递机理和沉降机理进行了研究。与常规试桩法和套管试桩法中的基坑底以下相同桩长的桩相比,超深开挖产生的影响效应使桩的极限承载力降低,竖向刚度减小,相同荷载下沉降加大,且其沉降中桩整体刺入所占的比例显著大于其它两者。桩侧摩阻力完全发挥时需要的桩土滑移量增大。此外,超深开挖可在桩身中产生较大的拉力,桩身中下部钢筋不能随意减少。     

某地铁深基坑支护体系内力与变形监测结果分析

对某地铁深基坑支护结构内力与变形监测结果进行了分析。监测结果表明 ,施加的锚杆预应力有 10 %～ 2 5 %的损失 ,在开挖过程中锚杆轴力有一定程度的增加 (约 10 %左右 )。钢支撑的轴力随开挖深度的增加而增加 ,轴力大小变化与基坑开挖方式、速度及下层支撑的逐一拆除有关。支护桩体的变形随桩深、支撑条件变化而变化。基坑顶部的水平位移以坑壁中央最大 ,靠端部位移较小。     

厚冲积层深基坑Flac3D数值模拟分析研究

以济南第五医院基坑为实例,利用Flac3D数值模拟技术,建立了深基坑桩锚支护模拟模型。对支护结构进行开挖支护施工过程的三维动态模拟,得到深基坑水平位移、竖直位移和锚杆的内力、土体应力应变等数据,为深基坑支护技术的设计和施工提供指导,并对深入了解桩锚支护作用的机理有较大意义。     

微型桩-锚组合新结构抗滑特性的数值分析

针对微型桩加固滑坡时容易出现侧向变形的缺陷,笔者基于综合排桩刚架结构与拉锚式挡土结构形式优点的研发思路,提出了一种微型桩-锚组合抗滑新结构。利用FLAC^3D分析了新结构的变形与受力特性,并与传统刚架式微型桩结构进行了比较。结果表明:相比普通刚架式结构,新结构加固后的边坡位移场和桩顶水平位移明显减小,其加固效果和抗滑能力更优;斜向预应力锚索增强了微型桩的侧向刚度,结构变形曲线相对平缓;桩体弯矩、剪力分布相对均匀,发挥了结构的整体受荷能力,且峰值有所降低;除抗弯和抗剪作用外,微型桩还起到轴向作用,尤其是顺坡桩侧摩阻力作用明显;锚索拉力随边坡变形累积而逐渐增大,可以利用稳定地层的自承能力分担部分滑坡荷载;由于锚索预应力的主动施加,结构对桩后土体起到预加固作用,系梁附近桩侧土压力明显增大。研究结果可为该新结构的设计提供一定理论依据。     

基坑支护设计中的若干问题探讨

 对基坑倾斜坡面的主动土压力计算方法、桩锚支护结构的锚杆水平弹簧系数的计算方法以及桩锚支护结构计算主动土压力应否考虑桩、土间的摩擦力等存在异议的问题进行理论分析和简化计算公式的推导,提出基坑倾斜坡面的主动土压力、桩锚支护结构的锚杆水平弹簧系数和考虑桩、土间的摩擦力的主动土压力计算公式。基坑倾斜坡面的主动土压力可以直接采用建立在极限平衡理论基础之上的计算公式计算,而无需采用先计算朗肯主动土压力再进行修正的计算方法。桩锚支护结构中的锚杆头部一般不可能发生竖向位移,可假定锚杆轴向伸长量等同水平伸长量,以此假定计算锚杆水平弹簧系数比较合理。用算例对所推导的计算公式和现行规程的计算公式进行计算比较,工程现象及算例结果均表明,不管是土钉墙还是桩锚支护结构,现行规程土压力计算公式未考虑墙(桩)、土间的摩擦力,计算的主动土压力偏大;现行规程计算的桩锚支护结构的锚杆水平弹簧系数偏小。因此,设计的支护结构均偏安全,不利于控制工程成本,应根据工程实际情况进行适当优化。     

国贸中心三期基坑支护工程监测研究

北京地区深基坑开挖监测及理论研究尚显不足。对北京国贸三期深基坑开挖过程中的监测结果进行分析、研究,结果表明：正常情况下,桩锚支护的位移一般不会超过0.1%H;护坡桩钢筋的应力一般仅达钢筋设计强度值的1/10～1/8;锚杆的实际拉力值较小,说明目前支护设计采用的土压力值大于护坡体系实际受到的土压力;各排土钉的拉力均在38 kN以下,远小于按现行规程计算出的土钉的设计拉力值。由此看出,实际钢筋应力、锚杆拉力、土钉拉力均比按目前规程计算理论拉力小。研究结果为类似工程的设计提供参考,也为以后规程的修订提供依据。