“m”法求解桩撑支护结构变形程序设计

基于朗肯理论计算作用于支护桩上土压力大小,然后采用"m"法计算排桩-内支撑支护结构桩身变形,借用数学计算软件MATLAB编制桩身变形计算程序。利用该程序计算某典型工程不同区段桩身变形,结合工程实测数据进行对比分析,验证了"m"法的适用性与程序设计的可靠性。该程序可为类似基坑工程的设计与施工提供有益参考。     

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。     

基坑倾斜支护桩在水平荷载作用下的内力分析

为了深入了解倾斜支护桩桩身的弯矩分布,并为今后基坑倾斜支护桩在工程中的应用提供参考,本文运用库伦理论并建立新的计算模型,通过计算,并对不同倾斜角度下的桩身最大弯矩进行了比较分析。最终得出结论:在基坑支护中,倾斜支护桩在同等条件下,其最大弯矩比普通竖直桩桩身的最大弯矩小,且在一定倾斜角度范围内,倾斜桩所受的主动土压力随着倾角的增大而减小,所受被动土压力随着倾角的增大而增大,桩身最大弯矩值随着倾斜角度的增大而减小。     

预留土和桩锚结构联合支护下基坑的力学性状

桩锚结构在基坑支护中应用广泛,但在其设计计算时往往以经验为准,存在一定的盲目性和不确定性。依托在建工程,通过数值模拟分析了预留土作用下桩锚结构设计参数的变化对基坑力学性状的影响。结果表明：基坑支护桩的最大水平位移发生在桩顶,桩底的位移非常小;基坑周边地表沉降呈槽形分布,最大沉降在距离基坑边缘5 m左右的位置;弯矩分布曲线沿桩身有2个峰值点,峰值点大概位于桩顶以下3 m和10 m处;当锚索锚固角为15°时,桩身水平位移和弯矩、基坑周边地表沉降都比较小;锚索锚固点距离桩顶越远,桩身水平位移、基坑周边地表沉降越大;当预应力大于200 kN后,桩身水平位移和弯矩、基坑周边地表沉降几乎不再减小。     

m法下的双曲线型p-y曲线

工程中基桩大多处于复杂的成层地基中,鲜有位于单一土层中,从宏观角度出发,引入初始地基比例系数,提出了基于m法的双曲线型p-y曲线。某现场7根试桩地基土非线性显著,实测和理论计算的地面处桩身水平位移水平荷载关系曲线均呈良好的二次抛物线关系,且理论与实测曲线吻合良好,验证了本文p-y曲线模型。地基土非线性对桩身最大弯矩、桩侧地基土压力影响显著,不容忽略。工程实际中采用m法计算基桩最大弯矩值偏小,建议乘以1.05~1.25的系数,以计入地基土非线性影响。     

预留土堤对深基坑力学性状的影响分析

预留土堤在基坑支护中应用广泛,但在设计计算时往往以经验为准,存在一定的盲目性和不确定性。依托在建工程,采用FLAC3D建立了数值分析模型,通过改变预留土堤的高度和宽度,研究了基坑支护桩水平位移、基坑周边地表沉降、桩身弯矩、安全系数以及潜在滑动面的变化规律,最后提出了经济合理的预留土堤设计参数。结果表明：基坑支护桩的最大位移发生在桩顶,基坑周边地表沉降呈“凹槽形”分布,最大沉降量距离基坑边缘2～3 m;桩身弯矩沿桩长呈“鼓肚形”变化规律,峰值点在距离桩底8～12 m处;桩前预留土堤的设计宽度不应大于8 m,否则对于减小支护桩位移和弯矩、基坑周边地表沉降益处不大,而且会占用基坑有限的施工作业面;桩前预留土堤的高度不应大于5 m,否则其稳定性将难以保证。     

支护桩与地下主体结构相结合的永久支护结构

为研究基坑支护桩在永久工况下的使用价值,对济南市某基坑桩锚支护结构进行永久化设计,通过设置支撑构件将支护桩与地下主体结构相连,形成共同抵抗坑外侧向土压力的永久支护结构体系,借助PLAXIS-3D有限元软件对该结构进行全工况模拟。结果表明:永久支护结构可有效减小地下室外墙土压力,基坑外侧土压力主要由支护桩承担,地下室外墙只承担少量回填土体的侧土压力,只需按构造要求设计;换撑之后,桩身弯矩和基坑外地表沉降均有明显增加,对支护桩受力和周边建筑环境均产生不利的影响,对支护桩设计提出更高要求;裂缝计算结果显示支护桩满足现有规范对混凝土结构耐久性的要求,为永久支护结构的推广奠定基础。     

基坑悬臂式倾斜支护桩受力特性数值分析

为优化基坑工程中的排桩支护形式,改善支护桩受力特性,对深基坑悬臂式倾斜支护桩进行了三维数值模拟计算与分析,深入研究了基坑悬臂式倾斜支护桩的变形与受力规律,并将所得结果与传统的直立支护桩受力特性进行了对比分析。研究结果表明:倾斜支护桩的桩顶水平位移较传统直立支护桩明显减小,支护桩抗倾覆能力得到了提高;桩身侧移曲线相对平缓,桩体主要发生刚性位移,较直桩支护形式减小了应力集中发生的可能性;桩身弯矩分布更加均匀,正、负弯矩峰值相近,与传统直桩支护形式相比,更充分利用了桩体的材料强度,具有显著的工程应用价值和经济效益。     

深基坑锚拉桩工作性状的实测和计算分析

结合北京市某深基坑,在现场实测分析的基础上,采用二维有限元法和规范中的m法分别对桩锚支护基坑进行计算分析,将桩身位移和内力的分析结果与现场实测结果进行了对比分析,分析结果表明:与规范中的m法相比,基于硬化土本构模型的二维有限元数值模拟法可以更好地模拟土钉墙和锚拉桩复合支护体系,模拟结果与实测结果较接近;然后分析了m值和土层模量对支护桩身位移和内力的影响规律,并提出了参数m值和硬化土本构模型中土层模量的取值建议,为类似工程的设计分析提供参考。     

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。     

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。     

微型钢管桩在青岛地区基坑支护中的应用研究

依托青岛某综合性商业大厦基坑支护工程,通过在钢管桩外壁贴应变片的方法,探讨了青岛地区土岩结合地层大直径水泥土桩内植入微型钢管桩的弯矩计算方法,分析了水泥土桩内微型钢管桩受力后的弯矩分布及变化情况.测试结果表明,钢管桩的最大弯矩发生在基坑深度的中下部;该种支护形式适合于土岩复合地层.     

基坑开挖对临近桩基性状影响的有限元模拟

采用二维弹塑性有限元法进行了基坑开挖对临近桩基性状影响的数值模拟,分析了基坑开挖所引起的临近桩基周围土体变形场的特性,讨论了不同开挖深度对桩身水平位移和弯矩的变化特性,得出了一些对工程实践有理论指导意义的结论。     

嵌岩支护桩力学性状分析

运用有限元软件ABAQUS对基坑开挖过程中嵌岩支护桩的受力和变形进行了模拟分析,获得了桩体剪力、弯矩和变形规律,并通过工程案例实际监测值与数值计算结果对比,证明数值计算方法和计算结果基本符合实际。     

隧道开挖对邻近桩基影响的研究综述

介绍了隧道开挖对邻近桩基影响的现有研究成果;对部分试验结果和理论分析结果进行比较,讨论了隧道开挖对邻近桩基的沉降、轴力、侧向变形、弯矩以及群桩效应影响结果的异同;总结了目前已有研究的优缺点。分析结果表明:目前所有的研究方法都有其局限性,并不能获得统一的共识,而且研究中还经常出现相互矛盾的情况;模拟隧道开挖对邻近桩基三维影响的离心机试验和三维数值模拟相结合的研究方法是今后发展的方向。     

有限元分析双排桩在基坑支护中的应用

通过GeoStudio处理软件,对双排桩在基坑支护中的应用进行非线性有限元分析,综合考虑基坑开挖边界条件、开挖分期施工工程中参数的变化及双排桩受力特点,从计算结果中分析基坑的应力及双排桩的受力,从而可以得出用有限元法分析双排桩及双排桩在基坑支护中应用能达到良好效果的结论。     

盾构法施工对近距离侧穿桥梁桩基的影响分析

盾构法施工地铁隧道近距离侧穿高速公路桥梁桩基时,引起地层移动和应力调整,导致桩基位移和内力发生变化,给上部结构带来安全隐患。以杭州地铁3号线工大站—留和站盾构区间双线施工为依托,运用三维有限元软件模拟盾构开挖施工的全过程,研究开挖过程对地层沉降及邻近桥梁桩基影响规律。结果表明,先行隧道开挖导致地表形成沉降槽,后行隧道开挖沉降曲线向后行线扩展;桩基竖向呈现刚体位移,单线开挖时在横向(Y方向)上嵌入土体桩基上半部分向隧道内倾移,下半部分背离隧道方向倾移,在纵向(X方向)上桩基呈现拱形弯曲,双线开挖时桩基横向位移发生反向叠加效应,导致最终横向位移基本接近初始状态,纵向上弯曲位移发生正向叠加效应;双线隧道先后开挖使桩基产生附加摩阻力和附加轴力,在隧道顶面分界线以上桩基总侧摩阻力较初始状态不断减小,分界线以下增加,位于-2.5 m以上桩基轴力较初始状态减小,以下增加;单线开挖时桩基弯矩变化明显,双线开挖弯矩出现反向叠加效果,基本保持初始状态。     

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。     

深基开挖对邻近高架基础影响的三维数值分析

应用三维有限元法分析了深基坑开挖对邻近高架基础的影响.现场监测数据和数值分析结果基本一致,表明采用的计算模型是合理的.计算结果表明由开挖引起的高架桩基附加内力值均较小,所采取的施工技术措施有效地控制了该基坑的变形,降低了对邻近高架基础的影响.     

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.