片式冠梁双排桩支护结构的变形受力特性研究

采用MIDAS-GTS软件,建立起同时考虑土层、实体支护结构、桩土界面Goodman单元以及实际施工过程的片式冠梁双排桩支护基坑三维有限元分析模型。分析表明:片式冠梁在基坑规模不大时对支护桩水平位移具有较强的约束作用,且冠梁的最大弯矩及剪力位于坑角附近。在其他参数不变、仅冠梁长度改变的情况下,冠梁的水平位移曲线、冠梁剪力曲线可视为自变量是坑角水平距离值的一元函数,与冠梁本身的长度关系不大。当冠梁高度增大时,冠梁的弯矩及剪力值均明显增加,但冠梁水平位移减少并不明显。而冠梁参数不变时,随着基坑开挖深度的增加,基坑长侧中部处冠梁的水平位移、弯矩及剪力有加速增大至失稳破坏的趋势。随着排距的增大,长边冠梁的水平位移、弯矩及剪力的最大值会逐渐减少,但减少的速率也在降低。桩距的增大对长边冠梁的位移及受力情况影响较小。     

冠梁刚度对多层连接双排桩支护的影响

基于FLAC~(3D)模拟软件,建立多种多层连接双排桩支护结构冠梁刚度的数值模型,进行开挖过程的三维动态模拟,并对模拟结果进行对比分析,以探讨冠梁刚度变化对多层水平连接双排桩支护结构支护性能的影响。分析表明,随着冠梁刚度增加,支护结构水平位移最大值逐渐减小,且幅度逐渐变小;基坑侧向位移最大值发生在基坑开挖面中下部位置,沿基坑深度方向,水平位移先逐渐增大,达到峰值后,逐渐减小。     

深基坑双排桩支护结构空间效应冠梁的影响长度分析

本文对深基坑双排桩支护结构进行了三维数值模拟,研究了支护结构主要设计参数与空间效应冠梁影响长度Lc的关系,通过分析不同参数变化下的冠梁影响长度的规律得出:基坑短边长度、开挖深度和支护结构排距的变化对Lc都有较大影响;而基坑长边长度、冠梁刚度、粘聚力、摩擦角和支护结构桩距的变化对Lc影响很小。     

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。     

建筑基坑施工过程支护结构受力特性分析

基坑支护结构的受力变形情况对基坑的稳定性至关重要,为了进一步掌握建筑基坑施工过程中基坑支护结构在不同因素影响下的受力变形情况,通过建立数值模型,从支护桩桩长、桩径、桩间距三个方面计算了支护桩的桩身弯矩和水平位移的变化趋势。研究结果表明：随着基坑深度的增大,不同长度、桩径围护桩桩身弯矩的变化趋势大致相同,呈现出波动变化的规律;当支护深度大于10m时,随着支护深度的增加,且不同桩长、桩径下桩体弯矩间的差距也逐渐变大,而不同桩径下桩体的弯矩值基本一致;随着支护深度的增大、不同桩长、桩间距下桩体的水平位移基本保持一致,均表现为桩身先向基坑内侧移动,位移达到峰值逐渐转向基坑外侧,但桩体的水平位移随着桩径的增大而减小;当支护桩支护深度达到某一值后,提高桩长和桩径能够增加桩身弯矩,且增大桩径能够控制桩体变形。     

桩锚式支护桩内力和变形测试研究

为了研究桩锚式支护桩的内力和变形特性,对桩身钢筋应力和圈梁的侧向位移进行了监测,得到了桩身的弯矩分布图和侧向位移分布图.监测结果表明:随着开挖深度的增加,基坑内侧的最大弯矩逐渐增大,而且其作用位置向下偏移;设置锚杆改变了桩身弯矩的分布特征,最大弯矩的数值减小,其作用点位置下移,桩身的侧向位移显著减小;基坑开挖过程中基坑开挖的空间效应显著,基坑测试段中部的桩身弯矩较其他部位桩身的弯矩值大,且支护段中部的侧向位移最大;基坑开挖至基底后,桩身负弯矩的最大值发生在坑底内侧附近,本次测试结果可为桩锚支护结构的设计提供可靠的依据.     

不同嵌固深度排桩受力与变形特性现场试验研究

根据某一水闸基坑开挖工程,在排桩桩体内埋设测斜仪、钢筋应力计对非等长双排桩基坑支护结构变形特性进行了现场观测,采用规范法讨论了后排桩不同嵌固对前、后排桩的变形、内力影响。研究结果表明：非等长双排桩桩顶位移、桩身剪力、弯矩与传统等长双排桩基坑支护结构规律一致;增大后排桩的嵌固深度,前、后排桩的桩顶位移均减小;前排桩桩身剪力、弯矩减小,后排桩增大,但当嵌固深度超过桩长3/4时,前、后排桩的桩顶水平位移、桩身剪力、弯矩减小或增大趋势均不明显;研究成果为双排桩基坑支护结构设计优化提供一定参考。     

基坑水泥土墙内微型钢管桩承载特性试验研究

微型钢管桩具有承载力高、抗弯刚度大、施工速度快、地层适应性强等优点,广泛应用于基坑支护中。基于青岛某重点工程的基坑项目,采用水泥土桩内置微型钢管桩并结合预应力锚杆支护形式,通过对3根注浆微型钢管桩的现场桩身应力测试和室内抗弯试验,探讨基坑开挖过程中微型钢管桩的内力变化规律和承载机理。研究结果表明:微型钢管桩的最大弯矩发生在桩顶,桩身弯矩随着基坑开挖逐渐增大,沿深度呈上大下小的趋势,桩身弯矩的分布形态表明采用桩锚支护模式对微型钢管桩设计计算是合理的。通过对基坑位移的监测,得出了基坑位移随开挖深度的变化规律,说明注浆后的微型钢管桩植入到水泥土桩中,能够显著提高水泥土桩的抗弯刚度,达到限制基坑变形的目的。     

船坞基坑开挖对邻近桩基影响的三维数值分析

船坞基坑开挖由于工期和施工场地的限制,吊车桩基与支护结构施工需同步进行,基坑开挖过程中势必使邻近桩基产生附加变形和弯矩。针对此问题,应用有限元分析软件ABAQUS,采用修正剑桥模型,对船坞基坑开挖对邻近桩基影响进行三维有限元分析。得出如下结论:(1)基坑开挖对邻近桩基的影响,随着桩基与基坑的距离增大而减弱,当距离达到2倍开挖深度,基坑开挖对桩基的影响趋于稳定;桩身附加弯矩和变形增长率远远大于开挖深度增长率;(2)支护结构刚度和承台厚度增大,对控制邻近桩基附加变形作用明显,桩基附加位移及弯矩减小;(3)邻近桩基的桩径、桩基刚度越强及桩基桩长越大,桩身附加弯矩越大,附加位移越少,当桩长达到2倍开挖深度后附加位移趋于稳定;(4)随着桩基顶部的约束加强,桩基水平侧移减少,但桩基弯矩却随着约束的加强而增加。     

基坑底部土体裙边加固模型试验与数值模拟研究

为研究基坑底部土体裙边加固对基坑变形和内力的影响,分别对未进行坑底加固和采用坑底裙边加固2种工况进行模型试验。在填土过程中预先浇筑加固土体,实现坑底土体加固。在基坑开挖过程中对地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力进行监测。用有限元软件Abaqus对模型试验进行拓展,将基坑变形的计算结果进行极差分析。研究表明,对坑底土体采用裙边加固,可以有效地减小支护结构的侧向位移;坑顶地表沉降虽有减小,但效果不明显;桩身弯矩略小于未进行坑底加固的工况;土体开挖,桩随着坑底下某一点发生转动,造成桩上半部分土压力减小,桩底处土压力增大;裙边加固尺寸中深度相较于宽度对基坑的变形影响更大;土体加固深度与宽度超过一定范围,控制基坑变形的效果有所提高但不明显,加固深度宜取0.3～0.4倍的开挖深度,宽度宜取0.35～0.45倍的开挖深度。     

基坑开挖卸荷引起的公路桥梁桩基变形受力响应

采用两阶段分析法分析基坑开挖卸荷作用下公路桥梁的受力变形规律,首先基于明德林解析解,利用复合辛普森公式进行数值积分求解得出基坑侧壁卸荷与坑底卸荷同时作用下土体内桩体位置处的水平附加应力; 其次采用Kerr三参数地基模型建立公路桥梁桩基的挠曲微分方程,结合水平附加应力,利用有限差分数值计算方法得到桩基挠曲微分方程的数学解析矩阵表达式。利用所得计算公式对公路桥梁桩基附近有基坑开挖的工况进行计算,并通过与数值模拟计算结果的对比验证所提计算方法的有效性; 最后针对桩基轴向荷载大小、基坑与桩基距离及基坑三维尺寸进行了影响因素分析。结果表明:桩基轴向荷载的变化对桩基水平位移及桩身弯矩影响不明显; 随着桩基与基坑距离的加大,桩基水平位移及最大弯矩逐渐减小,并且在较大距离范围内桩基水平位移及弯矩变化愈发平缓; 开挖深度对桩基水平位移及弯矩的影响远大于开挖长度和开挖宽度,基坑开挖宽度对桩基的影响最小。     

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。     

Internal force calculation and supporting parameters sensitivity analysis of side piles in the subway station excavated by Pile-Beam-Arch method

The Pile-Beam-Arch (PBA) excavation method is widely used in subway station construction for it greatly reduces ground settlement caused by excavation. The stress state of side piles is extremely complex in the supporting system of the subway station excavated by PBA method. This paper deduces the internal force calculation formula for side piles under the most unfavorable loading state with the vertical force considered. Testing apparatus which can model the actual loading state of side piles are designed. Single-factor sensitivity analysis is conducted by means of the reduced-scale model test and numerical simulation to study the three supporting parameters (i.e. pile diameter, pile spacing and buried depth). Results indicate that: the additional bending moment induced by the vertical load at the pile top should be considered in internal force calculation of side piles; values from the deduced theoretical calculation formula agree with the test values; horizontal displacement of the pile body reduces significantly and the bending moment increases greatly with the increase of pile diameter or the decrease of pile spacing; the pile bottom basically meets the constraint condition of the fixed end when the buried depth is two times of the excavation depth. Under the test conditions of this paper, critical sensitivity values of three supporting parameters, i.e. pile diameter, pile spacing and buried depth, are respectively 32 mm, 2d (pile diameter) and 2h (excavation depth). It’s more economical and effective to adopt the scheme of increasing pile diameter than the scheme of narrowing pile spacing when there’s a high requirement for displacement control of side piles.     

临近基坑开挖复合地基侧向力学性状离心试验研究

临近基坑开挖引起复合地基CFG桩变形和内力改变,现有理论缺乏对该问题的研究。通过开展离心模型试验,对临近基坑开挖条件下,复合地基变形、CFG桩内力和变形、土压力等分布和变化规律进行深入分析。结果表明：开挖引起CFG桩弯矩增大,近基坑桩增幅明显|开挖引起桩土不同步沉降,导致CFG桩上刺入褥垫层,桩受到褥垫层的“嵌固拉结”作用,同时远基坑桩、褥垫层、加载气囊一起提供了“摩擦拉结”作用,从而在近基坑桩上出现负弯矩|而远基坑处不均匀沉降小,“嵌固拉结”作用小,且“摩擦拉结”作用是利于正弯矩产生,桩上未出现负弯矩|开挖引起支护背后土压力分为增长区和减小区两部分,在上部土体中,土体卸荷,土压力减小,而下部土体受支护挤压,土压力有所增大|开挖引起地表沉降呈指数形式,临近基坑地表沉降最大,在显著变形区域内,支护水平位移基本呈直线形式,各阶段最大水平位移均出现在支护顶端|开挖引起的CFG桩水平变形大小和范围随距基坑边距离的增大而减小。     

基于HSS模型隧道近接群桩基础施工影响分析

依托盾构隧道近接侧穿群桩工程建立三维数值分析模型,土体采用小应变硬化(HSS)模型,参数取值借鉴已有研究成果并根据监测位移数据反演,同时考虑土体开挖、衬砌拼装以及盾尾同步注浆等一系列施工工艺措施,并将模拟结果与监测数据进行对比验证,研究了不同工况下地表沉降的形态分布、群桩桩基变形及基桩结构受力,同时考虑地表位移对等代层厚度的敏感性。结果表明:HSS模型能有效预测隧道近接侧穿高架桥桩引起的变形,模拟结果与监测值较吻合; 隧道开挖引起土相对桩产生了滑移,地表沉降及桩身竖向位移在中心线前后各1D(D为管片外径)范围内随推进步数的增加而不断增大,且增加幅度明显减小; 两线推进地表沉降具有叠加效应,最大沉降量增幅达76.8%; 隧道与基桩水平距离越近,引起基桩沉降变化越大,两线推进基桩桩顶沉降增幅达134%; 群桩中各排桩的水平位移变化趋势基本相同,且同排桩的水平位移值相差不大,由于群桩遮挡效应,水平位移值由大到小依次为前排桩、中排桩、后排桩; 桩身水平位移主要在盾构中轴线2.5D范围内,桩身最大水平位移均出现在隧道中轴线附近; 群桩中同排桩桩身附加弯矩及附加轴力沿桩身分布规律相同,桩身最终附加受力与其距离隧道远近有关; 随着注浆充率β的增大,等代层厚度及地表沉降呈线性减小; 穿越段采取的施工工艺方案是有效的,经估算附加弯矩及轴力对桩基承载力的影响在容许范围内。     

受水平循环荷载影响的斜桩p-y曲线构建及应用

p-y曲线法是分析水平受荷桩基承载变形特性的主要方法,利用p-y曲线法的关键在于构建合理的p-y曲线。在砂土地基中开展了2组共10根水平受荷斜桩模型试验,其中2根斜桩仅分级施加了水平静力荷载,其余8根斜桩先施加了不同幅值的单向水平循环荷载,然后再分级施加水平静力荷载。试验测试了10根斜桩的砂面处桩身横向位移及桩身应变,根据桩身应变计算得到了桩身弯矩,在此基础上根据Euler-Bernoulli梁理论得到了桩侧土抗力及相应的桩身水平位移,构建了承受水平单向循环荷载后再承受水平静力荷载时斜桩的双曲线型p-y曲线,并给出了斜桩初始地基反力模量及桩侧极限土抗力的确定方法。用上述构建的双曲线型p-y曲线计算了本文模型试验及文献中模型试验斜桩的响应,发现利用所构建的p-y曲线得到的计算结果与实测结果整体上吻合较好,说明本文构建的双曲线型p-y曲线是合理可行的。最后利用p-y曲线计算了承受单向水平循环荷载后再承受水平静力荷载斜桩的桩身位移及桩身内力,计算结果表明:(1)相对于斜桩桩顶自由,桩顶固支能有效地减小斜桩的桩身横向位移、桩身弯矩及剪力;(2)在单向水平循环荷载作用下,正斜桩桩顶横向位移、 桩身最大弯矩及剪力均小于负斜桩;(3)无论是正斜桩还是负斜桩,桩顶横向位移、桩身剪力随着抗弯刚度增加而减小,而桩身最大弯矩随着抗弯刚度增加而增加。     

基坑支护倾斜悬臂桩受力变形特性试验研究

为改善基坑工程中支护桩的受力特性,将传统的直立悬臂桩背向基坑倾斜一定角度,形成基坑支护倾斜悬臂桩,可以更好地承担水平荷载,减小水平位移和变形。通过模型试验的方法对基坑开挖过程中倾斜悬臂桩的桩顶水平位移、桩后土体沉降和桩身弯矩进行研究。试验共进行3种不同工况下的模拟,分析倾斜悬臂桩在不同倾角不同布桩方式下的受力特性。分析结果显示,同等条件下,倾斜悬臂桩较传统直立桩相比,可以有效减小桩底水平位移和桩后土体沉降;桩身弯矩会因基坑开挖深度的增大而增加,桩身的正弯矩峰值接近负弯矩峰值,斜桩的最大弯矩值显著小于直桩支护形式下的弯矩峰值。     

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。     

兰州某地铁车站深基坑监测与数值模拟分析

依托兰州市地铁某车站基坑工程,对基坑施工过程中的桩顶水平和竖向位移、地表沉降、钢支撑轴力及地下水位进行了监测,并对监测数据进行了系统分析。监测结果分析表明,桩顶水平位移随着基坑的开挖由小变大逐渐趋于平稳,桩顶竖向位移随着开挖深度的增加而逐渐增加,在开挖的过程中钢支撑的轴力趋于稳定。最后借助有限元软对基坑开挖进行了数值模拟,并将模拟结果与监测结果进行了对比分析,结果表明,数值模拟和监测结果变化规律基本一致,证明了钻孔灌注桩联合钢管内支撑结构安全可行,保证和维护了基坑的稳定,为类似基坑的施工提供了有效可靠的参考资料。