疏排桩-土钉墙组合基坑支护结构设计与实践

针对新型疏排桩-土钉墙组合基坑支护结构,以土拱效应分析为基础,阐述疏排桩-土钉墙组合支护技术的基本原理,通过建立平衡条件,推导拱前土体所产生的土压力,以计算疏排桩与土钉墙的荷载分担比例。基于对疏排桩-土钉墙组合支护结构不同潜在滑裂面的假定,对支护结构的拱前土体失稳破坏、土拱自身强度破坏与失稳破坏和结构整体失稳破坏三种破坏模式进行探讨,推导局部稳定性和整体稳定性验算公式。结合对实际工程的验算,说明该计算方法的合理性,具有工程应用价值。     

疏排桩-土钉墙组合支护结构离心模型试验研究——稳定性与破坏模式

疏排桩-土钉墙组合支护是疏排桩与土钉墙相结合的一种新型支护形式,它不但充分利用了排桩抗弯能力强的优点,同时有效地克服了疏排桩桩间距受桩间土体失稳的限制和土钉墙变形难以控制的缺点.这一新型组合支护结构目前在工程中已有广泛应用,但是对于疏排桩-土钉墙组合支护结构的加固机理和破坏模式还有待于深入研究.采用同济大学中型岩土离心机进行了7组疏排桩-土钉墙组合支护基坑的离心机模型试验.离心机模型试验结果表明,疏排桩-土钉墙组合支护基坑的整体稳定性较疏排桩支护和土钉墙支护都有显著提高.疏排桩-土钉墙组合支护结构中土钉的长度和布置间距,以及排桩间距对支护基坑的稳定性影响非常显著.     

疏排桩-土钉墙组合支护结构的计算参数与支护特性

基于疏排桩间抛物线土拱轴线和平面主动滑裂面的假设,建立了疏排桩-土钉墙组合支护结构的荷载分担和整体稳定计算模型,得到了相应的计算公式.参数分析表明:疏排桩-土钉墙组合支护结构的支护特性介于疏排桩与土钉墙的支护特性之间,且随参数变化表现为以疏排桩或土钉墙的支护特性为主导.建议在应用当中,根据工程条件,选择其主导特性进行设...     

疏排桩-土钉墙组合支护结构排桩荷载分担比试验研究

对10个疏排桩-土钉墙组合支护结构进行离心机模型试验。基于试验结果,提出排桩荷载分担比的计算模型,探讨排桩荷载分担比的变化规律以及影响因素,并提出简化计算式。研究结果表明：当基坑挖深较小时,支护结构的荷载主要由土钉墙承担,排桩承担的荷载较小,随着开挖深度的增加,土拱效应将支护结构范围内的土压力不断传递给桩身,排桩承担的荷载越来越多,最多可达到总荷载的90%以上;增加土钉长度、减小土钉间距既可有效减少排桩分担的荷载,同时还能明显提高整个支护结构的整体稳定性;当桩间距在一定范围内时,增加桩间距能减小排桩荷载分担比,但是桩间距过大会明显降低整个支护结构的稳定性;土钉竖向间距对排桩荷载分担比的影响比土钉水平间距更为明显。     

疏排桩-土钉墙组合支护结构排桩荷载分担比试验研究

对10个疏排桩-土钉墙组合支护结构进行离心机模型试验。基于试验结果,提出排桩荷载分担比的计算模型,探讨排桩荷载分担比的变化规律以及影响因素,并提出简化计算式。研究结果表明:当基坑挖深较小时,支护结构的荷载主要由土钉墙承担,排桩承担的荷载较小,随着开挖深度的增加,土拱效应将支护结构范围内的土压力不断传递给桩身,排桩承担的荷载越来越多,最多可达到总荷载的90%以上;增加土钉长度、减小土钉间距既可有效减少排桩分担的荷载,同时还能明显提高整个支护结构的整体稳定性;当桩间距在一定范围内时,增加桩间距能减小排桩荷载分担比,但是桩间距过大会明显降低整个支护结构的稳定性;土钉竖向间距对排桩荷载分担比的影响比土钉水平间距更为明显。     

疏排桩–土钉墙基坑支护中土钉墙加固效果试验研究

采用同济大学中型岩土离心机进行了5组疏排桩–土钉墙组合支护基坑的离心机模型试验。离心机模型试验结果表明:组合支护结构中土钉能够显著提高桩间土体稳定性。土钉长度对疏排桩–土钉墙组合支护基坑稳定性、破坏模式以及桩间土拱效应影响显著。在本文研究的土性和基坑条件下,当土钉长度和基坑高度之比(L/H)为0.33时,桩间土拱效应明显,桩间土体滑裂面形态与疏排桩支护结构形似,当L/H为0.67时,桩间土拱效应不明显,滑裂面形态与土钉墙支护结构相似。随着土钉长度的增加,疏排桩–土钉墙组合支护基坑中的排桩内力逐渐减小。     

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。     

疏排桩-土钉墙组合支护基坑整体稳定性分析

疏排桩-土钉墙组合支护是疏排桩与土钉墙组合形成的一种新型支护形式,是复合土钉墙发展的趋势之一。目前这一支护结构已在工程中应用,但对其的整体稳定性分析,目前尚未有统一的较好的理论分析方法。分别采用刘斌（2011）方法和有限元强度折减法计算疏排桩-土钉墙组合支护基坑的整体稳定性安全系数,并将两种方法的计算结果与离心机试验安全系数以及滑裂面位置进行对比分析。对比结果表明,采用刘斌（2011）方法计算得到的安全系数比强度折减法的计算值更接近于试验值,刘斌（2011）方法更适用于疏排桩-土钉墙组合支护的整体稳定性分析。     

深基坑边坡失稳实例分析

土钉墙是基坑支护中非常经济、有效的支护形式，但由于支护体系主要依赖于土体自身稳定性及土体强度，使其支护的深度受到限制。为增加土钉墙支护的深度，可采取复合土钉墙支护形式。但在土钉墙支护的基础上增加何种复合结构，需要了解坡体的受力状态，对坡体受力状态的了解是支护设计和施工的前提。介绍了深基坑边坡采用复合土钉墙支护时，由于设计、施工等原因，造成边坡局部失稳的实例，为深基坑土钉墙支护设计和施工提供了宝贵的经验。可以看出，深基坑复合土钉墙支护，除常用的增加锚杆以增加边坡整体稳定性措施外，坡脚部位的稳定问题也需高度重视。     

深基坑疏排桩锚与土钉墙水平联合支护数值模拟

为了验证疏排桩锚—土钉墙水平联合支护结构的稳定、安全及可行性,得出桩、锚等结构构件的受力及变形规律,以北京京温市场二期地下车库基坑工程为例,分别构建了桩锚支护和疏排桩锚—土钉墙水平联合支护两种方案,然后对两种方案进行了数值模拟,并将以下方面的模拟结果进行了对比分析:基坑开挖面水平位移、地面沉降、各道锚杆的轴向受力规律及支护桩的受弯规律。模拟结果表明:当基坑土层适合土钉支护但开挖深度超过土钉支护深度时,采用疏排桩锚—土钉墙水平联合支护结构替代桩锚支护结构是稳定的、安全的、可行的。     

挂板式斜插桩板墙结构的桩间土拱效应分析

为研究不同桩间距变化对挂板式斜插式桩板墙受力机理的影响,采用ABAQUS有限元软件对5组不同桩间距下的挂板式斜插桩板墙模型墙后土压力、结构受力、桩间土拱效应、土拱强度随深度的变化趋势等进行了模拟分析。结果表明:由于挡土板倾斜和桩间土拱效应等的影响,挂板式斜插桩板墙墙后土压力分布模式与传统朗肯土压力明显不同,具体表现为桩后土压力大于朗肯主动土压力、斜插板后土压力小于朗肯主动土压力,呈锯齿状变化;斜插桩板墙桩结构受力随悬臂段增加迅速递增,板结构受力随悬臂段先增加后减小,随桩间净距加大,斜插板结构受力增加速度远大于桩。此外,土拱强度随悬臂深度的增加先增大后迅速减小,随桩间净距的增大整体上呈现减弱趋势。为尽可能充分利用土拱作用,建议合理桩间净距取3~4倍桩截面宽度。     

考虑桩间水平土拱效应的边坡桩间墙组合结构受力计算方法

抗滑桩桩间水平土拱效应目前主要用于确定桩间距,在桩间组合结构的受力计算中应用较少。如桩间墙,设计者多按设桩处的剩余下滑力计算桩上荷载,采取将土压力或剩余下滑力折减,或将土体参数提高的方法估算墙上荷载,未充分考虑桩间水平土拱的影响。首先理论分析了桩间水平土拱对桩间墙组合结构受力的影响,认为在桩间水平土拱影响下,抗滑桩的受力应为土拱拱顶处的剩余下滑力;挡土墙的受力应为拱前土体产生的主动土压力或剩余下滑力。在此基础上,推导了考虑土拱效应时该组合结构中抗滑桩和挡土墙的受力计算方法。以某实际铁路堑坡为例,通过计算考虑桩间水平土拱效应的桩间墙受力分配,说明了桩间水平土拱效应对桩间墙组合结构受力的影响。     

土钉支护现场量测及工作性能分析

通过对基坑土钉支护的坑壁水平位移和土钉应力现场量测数据分析表明:土体最大水平位移发生于基坑顶部;基坑深度范围内中部土钉受力最大;土钉最大应力作用点的连线为边坡最危险滑裂面的位置。土钉布置宜上长下短,下部土钉适当加密,以抵抗基坑底部存在的剪应力集中。     

深基坑复合土钉支护模型试验研究

复合土钉支护是在土钉支护基础上发展起来的、用于深基坑支护或提高边坡稳定性的一种新技术，为深入了解其工作性能和作用原理，促进该项技术快速发展，进行了室内模型试验研究。深基坑模型按照“相似模型的几何长度与变形时间成反比”的相似法则设计，相似比为1：10。在试验中，模拟深基坑开挖与支护的实际步骤，分步开挖与支护。进行了3组模型试验，即复合土钉支护、普通土钉支护和无支护边坡，以便于分析比较。借助位移传感器测量深基坑地表沉降、基底隆起和坡面水平位移，通过布设在模型箱透明玻璃侧面内的观测点，测量边坡内土体的位移。试验结果表明：(1)由于土钉与水泥土搅拌桩的共同作用，复合土钉支护的基坑变形与普通土钉支护和无支护的基坑相比，具有不同的分布形态，并且复合土钉支护的基坑变形值最小，无支护基坑变形值最大；(2)由于土钉与水泥土搅拌桩的协同工作，使得更多的土体参与支护作用，从而分散了土体内部的应力，有效地控制了基坑变形，提高了基坑的稳定性。     

毛竹复合土钉墙工作性状的数值分析研究

以某软土基坑采用毛竹复合土钉墙支护的工程实例为背景,利用有限元软件PLAXIS建立某设计剖面的平面应变有限元模型。为提高数值分析定量计算分析的精度,采用了能反映土体小变形和加卸载变形等特点的小应变刚度模型。通过对土钉墙面层及毛竹排桩的水平位移、坡顶沉降、毛竹土钉的轴力以及毛竹排桩的剪力和弯矩分布规律的分析,对堤坝形毛竹复合土钉墙的工作性状获得了较全面的认识,并探索了其可能的失稳破坏形式。采用该程序自带的强度折减有限元法计算了各开挖工况下支护体系的稳定安全系数,表明毛竹复合土钉墙在施工期间和施工后均具有较高的稳定性,具备可靠的支护能力。     

隧道明暗挖分界面处基坑支护桩施工力学效应

论文以重庆某轻轨车站区间隧道明暗挖工程为例,提出隧道明暗挖分界面处支护桩结构的物理概化模型,采用数值模拟并结合现场监测结果,对隧道明暗挖分界面处基坑支护桩施工力学效应进行研究。分析结果表明:支护桩桩间距、桩截面尺寸、桩截面形状对支护桩力学效应的影响中,桩截面尺寸对支护桩桩身变形及力学效应影响最为显著;隧道洞径、埋深及走向变化对支护桩力学效应的影响中,洞径对支护桩变形影响较大;先开挖隧道后开挖基坑能有效减少坡顶沉降及侧向位移,同时桩身弯矩剪力值也较小;支护桩施工后设置拱形连梁可以有效增强余桩的支护作用。     

排桩支护体系的三维土拱效应及桩间距研究

为研究排桩支护体系中的土拱效应的三维分布、体系的安全性及合理桩间距的计算方法,利用三维有限元程序PLAXIS 3D对排桩支护体系、施工开挖、堆载等过程进行模拟,分析了不同阶段土拱效应的分布情况及不同阶段的安全性。并根据土拱的三维分布特性改进了已有的桩间距计算方法。计算显示开挖过程中桩间土拱前塌落区与摩尔库伦塑性区基本重合,在基坑1/2 ~2/3深度处土拱效应最为明显、塌落区最大,建议用已有公式计算这一段对应的合理桩间距,用于工程设计。有限元计算显示,本文中建议的方法所计算的桩间距能保证支护的安全性符合要求。