深基坑桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构数值模拟分析与研究.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流深基坑桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构数值模拟分析与研究.精品文档.深基坑桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构数值模拟分析与研究 苏州科技学院硕士学位论文深基坑桩墩扶壁式复合土钉墙作用机理的研究与分析硕士研究生:李丙坤指导教师:顾欢达教授学科专业:防灾减灾工程及防护工程苏州科技学院土木工程学院二。一一年六月蚵 :毋酬【订苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书独创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重

2、要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名:日期:盈灶“月堕日学位论文使用授权书苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文的复印件和电子文档,允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于收集、保存、使用学位论文的规定,即:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文;同意学校在不以赢利为目的的前提下,用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全部内容。保密论文在解密后遵守此规定论文作者签名:么缈期:世年

3、?【月上日指导教师签名:冱丝圭日期:亚年月丛巳日摘要苏州科技学院硕十学位论文摘要城市建设中的基坑工程,既要保证基坑自身的安全稳定,又要保证其对周围环境不造成破坏性影响,传统的以强度控制设计为主方式逐渐被以变形控制设计为主的方式所取代。由于地下管线密布对支护施工的影响以及施工面有限的限制,在工程中常采用桩锚支护结构型式。针对深基坑工程特点,本文总结了对支护桩增设支撑后对支护桩受力性能产生的影响,并介绍了目前常用的计算桩锚支护结构受力与变形的方法和理论。基坑是一个具有长度、宽度、深度的三维空间结构体系。在一般的设计和研究中,人们常常将其简化为二维平面应变问题进行分析计算。这不能完整地反映基坑的空间

4、性状以及尺寸效应,因此有必要从三维角度进行分析。在深基坑支护理论的分析方法中,有限元法已成为分析岩土工程问题的实用和有效的手段。本文通过运用有限元分析软件瑚建立了考虑土和支护结构相互作用的基坑开挖三维有限元模型,对桩身位移、桩锚受力分配、整个基坑的沉降、基坑底部土体的隆起及土体和支护桩在基坑开挖过程中的反应进行了分析研究,并探讨了桩中心距、桩墩植入深度、锚杆长度、土钉间距对桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构中的桩身位移和桩锚受力分配的影响。关键词:桩墩扶壁式复合土钉墙,嵌固深度,深基坑,有限元。苏州科技学院硕士学位论文讪锄璐, 嬲眦 也 ,够锄 扭 .丘仃 .删嬲瑚 仃萨 巧.伊 矧啪龇硼恤印啪舭缸

5、,嬲嬲 眦岫也 :鹏 曲. 廿、,锄 锄咖. 伽嘶 砷,、,孤 .位弘锄托, 弱似。一 鹏仃 鹏. 也 撕, 嬲懿 筇 蜀啪., 玳嬲:巧 研.】 . 锄, 觚瑚 血他 ,廿 陀 恤,廿 锄 玛廿恤她此 ,龇 删 电,?锄.丹:锄 ,印,目录苏州科技学院硕士学位论文目 录摘要.第一章绪论.?.?.问题的提出及研究意义.?.?.?.问题的提出?.?.研究意义.?.国内外研究状况.?.?.本文研究的目的和研究内容?.?.?.本文研究的目的.:?.?.本文研究的内容.模型的建立及模拟计算参数?.?.?.模型的建立?.数值模拟计算参数.桩墩扶壁式复合土钉墙的计算过程?.第二章桩墩变形及影响因素的分析.

6、?.?.桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构的受力模式?.?.支护桩墩的水平位移分析?.?.?.桩中心距对桩轴线及桩顶位移影响分析?.灌注桩嵌固深度对桩身位移的影响分析?.锚杆长度对桩轴线位移的影响?.土钉间距对桩轴线位移的影响?.本章结论?.?.?.?.?.?.第三章基坑变形及其影响因素的分析与研究.桩墩后地面沉降与基坑内隆起分析与研究?.?.?.?.桩中心距对桩后土体沉降及基坑底部隆起的影响.桩墩植入深度对桩后土体沉降及基坑底部隆起量的影响?.锚杆长度对桩后土体沉降及坑内土体隆起的影响苏州科技学院硕十学位论文 目录.土钉间距对桩后土体沉降及坑内土体隆起的影响.本章结论.?.?.?.?.?.?.?.

7、?.第四章桩、锚及土钉的受力分配的研究.?.桩中心距对桩、锚内力分配的影响?.?.?.桩中心距对桩身内力的影响.?.桩中心距的变化对锚杆拉力的影响?.?.桩墩植入深度对桩、锚杆内力分配的影响.桩墩植入深度对桩身内力的影响?.?.桩墩植入深度对锚杆拉力的影响.锚杆长度对桩、锚杆内力分配的影响?.?.锚杆长度对桩身内力的影响.?.锚杆长度的变化对锚杆拉力的影响?.土钉间距对桩、锚内力分配的影响?.?.施工过程对桩锚受力分配的影响.?.桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构的作用机理分析?.桩与土相互作用机理的分析.土体与锚杆相互作用机理的分析?.桩墩与锚杆相互作用机理的分析?.本章结论.第五章结论与展望.?

8、.?.?.结论?.?.?.展望?.?.?.参考文献.一.苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论第一章绪论 帚一覃瑁了匕.问题的提出及研究意义.问题的提出年代以来,由于城市地价日益昂贵,建筑的高度和层数不断增加,地下空间开发利用的规模、深度和广度日益加强,导致基坑工程规模逐渐加大,深度不断扩大,其对围护结构的要求越来越高,基坑围护不仅要确保边坡的稳定,而且要确保周围建筑物、地下管线、道路的安全【心】。在深基坑支护工程的研究和实践中,如何根据基坑特点选用合理支护设计方案,合理的施工措施以及科学的边坡稳定性计算方法已经成为我国建筑工程界的热点和难点问题【。且深基坑开挖及支护结构设计影响因素甚多,难度较

9、大】。因此,基坑围护方案的选择、设计、施工对建筑物的经济效益、社会效益、周边环境有着至关重要的影响。我国幅员辽阔,对围护结构的形式及施工工艺、各地不一,有传统的,有引进外国技术又结合当地情况改进的。一般的围护结构的类型是根据地质情况、周围环境要求、工程功能、当地常用的施工工艺设备以及经济技术条件综合考虑选择围护结构类型。土钉墙技术以其快速、方便、低价等特点正被广泛应用于各类基坑支护工程中。单纯的土钉墙支护,只适用于深度不太大,土质较好的且无需严格控制变形的浅基坑,若遇到深基坑、地质条件复杂或者要求小变形的施工区域就难以满足变形控制及稳定性的要求【】。由于其对地层的依赖性,很多情况下土钉墙的使用

10、受到一定的限制。复合土钉墙技术弥补了一般土钉墙的缺陷和使用限制,施工速度快,造价低,扩大了土钉墙的使用范围。但在一级基坑或对变形要求较高的深基坑中,复合土钉墙维护结构仍有限制,而作为刚性支护结构的钻孔灌注桩加预应力锚杆支护技术成熟,但造价较高,与土钉墙比较其费用高出%,且止水性较差并易造成施工场地污染【。复合土钉墙与钻孔灌注桩加预应力锚杆构成的桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构是适合深基坑支护的一种合理形式,工程使用经验表明,结合桩墩、锚杆的复合土钉墙支护体系是一种经济合理的深基坑支护形式,既可以利用桩墩、锚杆体系支护能力强,安全稳定的特点,又可以发挥土钉施工速度快,经济性好等优点,在深基坑支护领域

11、具有良好工程应用前景。目前,对于这种组合支护形式在支护过程中的作用机理、支护结构设计理论及安全控制方法等的研究还处于起步阶段,由于结构体系的特殊性,现有的理论体系及设计方法还不能为该体系的结构设计、施工控制及安全监测提供良好的支撑,需要通过对该支护体系在基坑支护过程中的受力、变形及相互作用等方面第一章绪论苏州科技学院硕士学位论文的深入研究,为建立合理的设计计算、施工控制及安全评价方法提供理论基础。.研究意义目前,成功实施桩墩扶壁式复合土钉墙支护技术的施工单位已总结出该支护结构的施工方法,但缺乏理论支持严重制约着该支护技术的进一步发展及技术提高,因此,在对深基坑桩墩扶壁式复合土钉墙作用机理进行深

12、入研究的基础上,掌握其受力特征及变形机理,对于完善设计理论、建立合理的施工控制及安全监测方法具有重要意义。复合土钉墙支护与钻孔灌注桩加锚杆支护组成组合支护体系形成深基坑桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构,既能够充分发挥土钉墙与锚杆支护技术各自的优点,又可减少复合土钉墙支护结构的变形,特别对控制复合土钉墙长边效应即基坑长边的位移起到明显效果,同时钻孔灌注桩和深层搅拌桩可穿插施工,土钉及预应力锚杆与基坑土方开挖同时进行,不单独占用工期,提高工作效率,节省工期,减少工程造价,且经过施工实践取得了良好的经济效益和社会效益。.国内外研究状况深基坑稳定是一个综合性很强的岩土工程问题,主要涉及到土层性质、支护结构

13、、支撑形式、地基处理、降水与止水以及环境影响等方面。从某种意义上来说,深基坑工程是一个复杂的系统工程【】。土钉支护自世纪年代出现以来,由于经济、可靠且施工快速简便等优点,在工程界得到了广泛应用,与此同时国内外许多专家学者对这一支护形式进行了深入研究,取得了众多研究成果。年中国工程建设标准化协会颁布了土钉支护技术规程:,标志着土钉支护技术已经成为土体支护的一个独立技术门类【,并开始走向科学化、规范化的道路。由于土钉支护机理的复杂性,目前对土钉支护的认识还不十分清楚,现有规范或规程也只是以下几种不同理论的综合来确保支护的安全性。目前对土钉支护进行研究有三种途径,即实验研究、理论分析极限平衡分析、和

14、数值模拟。桩锚支护结构是世纪年代开始应用及发展起来的一种新型抗滑结构孓,其最常见形式是在桩顶部位设置锚索并预先施加一定的预应力,由于可节省造价、施工方便,因此,在铁路、公路及厂房建设中遇到的高填、深挖或深基坑支护、滑坡整治等领域获得了广泛的应用。桩锚支护结构实际是由排桩与锚杆组合使用而形成的,排桩的种类很多,有钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩等,其中较多。锚杆一般施加预应力来控制支护结构的变形,锚杆的层数可目前常用的桩锚支护设计的方法有三种:一是极限平衡方法,二是叫梁柱方法,三是有限元法。第一章绪论苏州科技学院硕士学位论文桩锚结构与复合型土钉支护组成的组合支护的特点是在基坑边

15、壁土压力作用下,桩锚和土钉作为一个整体结构共同抵抗荷载和变形,通过合理设计可实现桩锚结构水平位移小和土钉结构受力合理。郭院成、宋健学、周同和提出桩锚与土钉联合支护的设计计算方法中【】,桩锚支护结构的设计计算应包括预应力锚杆和排桩两部分,其中锚杆位置和预应力水平的设计按等值梁法计算,排桩植入土体深度依据支护结构整体倾覆稳定性条件确定;土钉支护结构的设计计算主要包括内部稳定性验算及外部稳定性验算。近几年来,随着基坑工程的发展,基坑支护结构的设计和施工都得到了较大的发展,与此同时现有设计理论和施工技术的不足之处也逐渐显露出来,这主要表现一下几个方面:支护结构的设计计算与实际受力不符目前,基坑支护结构

16、的设计计算仍基于极限平衡理论【,但支护结构的实际受力并不那么简单。工程实践证明,有的支护结构用按极限平衡理论计算的安全系数,从理论上讲是绝对安全的,但却发生了破坏;有的支护结构却恰恰相反,即安全系数虽然比较小,甚至达不到规范要求,但实际工程中仍获得成功。说明极限平衡理论中的参数选择及方法体系都存在一些不足,还有待改进和完善。设计中土体的物理力学参数选择不当由于基坑开挖后,土体的物理参数是可变值,使得相应参数的选择十分复杂,沿用库伦公式或朗肯公式,很难精确计算出作用在基坑支护结构上的土压力大小。土体物理参数的取值对计算结果产生了很大影响,参数选择不当,则直接威胁到支护结构的安全性。基坑开挖存在的

17、空间效应考虑不周基坑开挖中大量的实测资料表明:基坑周边土体向坑内发生的位移是中间大两边小,基坑边坡失稳常常发生在长边的居中位置,即基坑开挖与其空间分布有直接关系,这说明基坑开挖是一个空间问题。而传统的基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的,忽略了开挖的空间效应,这会对近似长方形或长方形的基坑,特别是软土地区的基坑的支护结构设计造成很大偏差。在设计过程中,应对支护结构的构造进行调整,以适应基坑开挖的空间效应要求。基坑土体的取样具有不完全性对地基土层进行取样分析试验,取得了较为准确的物理力学指标,才能为支护结构的设计提供可靠的依据。但在勘察时一般按照国家的规范要求进行钻探取样,钻孔数量有限,所取

18、土样具有一定的随机性,特别对地质构造复杂、多变的场地,所取得的土样不可能全面反应地基土层的真实性,这可能导致后续支护结构的设计具有一定的偏差,不能完全满足实际支护需要。而州科技学院硕士学位论文 第一章绪论针对上述问题,目前基坑的研究主要集中在土层性质研究、计算分析的理论法研究、环境效应问题对策研究、新型支护结构及施工工艺研究等四个方面,并逐渐呈现出以下几种趋势:基坑支护结构方案优化基坑支护结构的设计与施工不同于上部结构,除地基土类别外,地下水位高低、土的物理力学性质指标及周边环境等因素都直接与支护结构结构的形式的选择有关。要做到支护结构安全可靠、施工顺利、节约工期、节省费用并具有良好的社会经济

19、效益,合理选择支护结构形式是最首要的关键性问题。可见支护结构形式的优化选择是基坑支护技术发展的必然趋势。从强度控制设计到变形控制设计基坑周边的道路、建筑物和地下市政设施管线抵御变形或不均匀沉降的能力有一定限度,但在现有的以强度控制的设计中,较少关注支护结构工程对周围环境的影响,一从而造成许多工程的周边环境发生一定程度的破坏或事故。因此,既要保证基坑工程的强度和稳定性,又要保证基坑周围的道路、建筑物和地下市政设施管线的安全性,从强度控制设计到变形控制设计的转变是关键,是发展的必然趋势。计算参数的取值必须考虑施工因素的影响在现行的基坑工程设计规范中,对计算参数的取值往往给定一个区间值,而且这一区间

20、很大,工程设计人员一般是根据经验进行判断和取值,存在较大的随意性和任意性。事实上,为做好精确计算,特别是变形预测,必须考虑施工因素对计算参数的影响,利用现场测试的基坑变形数据,建立能包括施工条件在内的各种复杂因素的参数计算方法,反分析出相关因素参数的取值,用以作为工程设计和变形预测的依据。特别是对于一些施工过程便于调整和动态控制的支护结构,不仅可以在一次性设计参数的取值中考虑施工因素的影响,还可以分阶段设计,根据实际施工监测值进一步反分析出计算参数,调整下一阶段的计算参数值以优化设计。更加重视工程实践基坑工程的开挖与支护包含岩土体的强度与稳定问题,位移与变形问题,土与支护结构相互作用问题以及环

21、境岩土工程问题,基坑工程具有显著的个性和很强的区域性,是地下工程施工中内容丰富且极富变化的领域,这就决定了基坑工程必须注重工程实践,把施工过程中可能发生的时空效应和各种不利因素考虑进去,编制切实可行的施工组织实施方案,在实践环节中具体问题具体对待,并在具体问题的处理中积累经验,才能更好地推动基坑支护工程的整体向前发展。复合土钉墙与钻孔灌注桩加预应力锚杆构成的桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构即体现了深基坑支护结构优化发展的一种趋势,是一种新型的深基坑支护形式且具有良好的应用前景。目前,虽已有成功的工程实例,但因对其相互作用机理的研究尚不苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论成熟,故其设计计算理论还处于

22、探索阶段,亟待结合实例分析研究,以为施工提供相应的理论指导及相关的技术参数。.本文研究的目的和研究内容.本文研究的目的桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构是一种新型的支护形式,由桩锚结构和土钉墙形成的复合支护体系,技术上弥补了一般土钉墙的缺陷和使用限制,扩大了土钉墙的应用范围。本文在前人研究的土钉墙与桩锚支护结构机理的基础上,分析桩墩扶壁式复合土钉墙的受力特征和桩、锚及土钉的相互作用机理,对几种主要影响参数进行分析,为该支护结构的优化设计奠定理论基础。支护结构优化实际上包含结构计算模型和经济性分析两方面。在结构计算方面,杆系有限元土抗力法是公认的支护桩墙结构设计计算方法。孙钧【】等采用有限元、边界元方

23、法分析了基坑开挖等地下工程与围岩介质的静、动态共同作用,在本构关系上引入了弹性、塑性、粘弹塑性等不同的岩土介质本构模型,在几何关系上从线性分析发展到非线性分析。曾国熙【】等分析了板桩作为支挡结构的软粘土地区的基坑开挖问题,利用有限元程序对影响基坑性状及工程经济效益的几个重要因素板桩的插入深度、板桩的刚度以及土质条件等进行了研究。同时通过选择合理的基坑支护方法、合理的设计支护结构以及合理的设计及施工措施,达到方案的“安全、经济、合理,确保周边建筑物的安全的目的。通过数值模拟分析,选择合理的桩墩嵌固深度及桩中心距,不仅可以节省工程造价,而且可以缩短工期;选择适当的锚杆长度控制基坑的位移,提高整个支

24、护结构的安全性;合理的土钉间距则可以优化整个基坑支护结构的受力分配,使桩墩和锚杆充分发挥对整个基坑的支护作用。本文针对影响桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构安全的主要参数桩墩植入深度、锚杆长度、桩中心距、土钉间距进行数值模拟分析研究,探索桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构的受力特征、变形机理及相互作用机制,为建立该支护结构的设计理论及施工控制等奠定一定的理论基础。.本文研究的内容深基坑失稳主要表现为两个方面,一是支护体系本身的失稳破坏,二是支护结构变形,给周围环境造成破坏。与之相应的理论也有两种,即强度控制理论和变形理论。本文通过对桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构的数值模拟,分析基坑的变形边地表的沉降及坑内土

25、体的隆起,进而对桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构的受变形进行分析研究,总结该支护结构的作用机理。具体内容如下:苏州科技学院硕士学位论文 第一苹绪论桩身变形的分析与研究桩后土体沉降及坑内土体隆起的分析桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构的内力分配分析桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构的作用机理本文通过数值模拟分析,总结桩墩扶壁式复合土钉墙的受力与变形特征和相互作用机理,对解决当前深基坑工程设计、施工中存在的问题,提高经济效益和社会效益都具有十分重要的意义。.模型的建立及模拟计算参数.模型的建立软件是一套计算功能强大、运算稳定、界面友好的岩土有限元分析计算软件。它为复杂的岩土工程分析提供了专业的数值模拟计算工具。土

26、是一种多向介质,需要特别的计算方法来处理土体中静态和非静态的孔隙水压力。除此之外,许多岩土工程项目也涉及结构物的模拟,以及土与结构的相互作用分析。鉴于岩土工程的复杂性,岩土分析需要经典的理论基础、先进的本构模型、正确的结构单元来模拟土和岩石的非线性、时间相关和各向异性及其与结构的共同作用等特性田】。选用的结构单元数值模拟分析所采用的【.有限元岩土数值分析软件为近年开发的岩土工程数值模拟分析计算的专用分析软件,具有建模便捷、计算稳定、单元种类丰富,采用三维模型能够更合理地反映桩墩护壁式复合土钉墙支护结构的空间受力特征,模拟计算更合理可靠。在建模过程中,采用.中的植入桩和锚杆构件来模拟桩墩扶壁式复

27、合土钉墙支护结构中的土钉和锚杆构件。将实际工程中的注浆土钉简化为一种微型植入桩,能合理地反映土钉的受力特征;采用锚杆锄单元模拟锚杆可以分析锚杆锚固段的受力及变形情况。采用植入桩构件来模拟土钉的优点在于它可以模拟土钉与周围注浆体的相互作用,从而能准确反映土钉锚索的轴向力大小和分布。喷射混凝土面层及水泥搅拌桩用等效的墙单元来模拟。土体本构模型目前,在土钉支护数值模拟分析中采用的本构模型主要有非线性且,模型、.弹性一完全塑性模型、软土模型、小应变土体硬化模型、非线性曰模型和土体硬化模型。本文本构模型选用模型,该模型需要的参数而州科技学院硕士学位论文 第一章绪论少,且易于确定,计算简单。该模型的屈服准

28、则和流动准则如下:屈服准则屈服准则用来确定开始出现塑性变形时应力的大小,其一般形式为:厂盯七鬈式中,茁为材料参数,由试验确定,它是强化参数的函数,屈服准则是摩擦破坏规律的推广。流动准则提出的塑性位势理论,假定经过应力空间的任何一点,必有一个塑性位势等势面存在,其数学表达式成为塑性位势函数。塑性应变增量可用塑性位势函数对应力微分表示:占,旯/盯玎式中,烈是比例常数。式.称为塑性位势理论,它表明一点的塑性应变增量与通过该点的塑性位势面存在正交关系,也确定了塑性应变增量的方向【。边界条件和认为边坡的计算范围取基坑开挖深度日的日的范围时,可以忽略边界因素对内部计算结果的影响。根据以上原则进行建模,桩墩

29、扶壁式复合土钉墙支护结构示意图见图.所示,其中础边坡高度、三为桩墩扶壁式复合土钉墙墙后土体的影响范围,、分别为锚杆和土钉的倾角,即其与水平面的夹角【】。当所选择的模型尺寸足够大时可以认为开挖对模型边界的应力和应变影响较小,对模型中的边界进行处理时,模型前面、后面和底面均采用固定约束边界,侧面仅对方向施加约束限制土体方向的位移,模型侧面的应力边界条件按近似服从静止土压力的分布设置。【三维有限元模拟图如图.所示。一弋工丑蠲 ”图.桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构简化模型图苏州科技学院硕十学位论文 第一章绪论桩墩扶壁式复合土钉墙三维模型单元划分 桩、锚及土钉布置图 。一 , 。一。:?“肼。”唧眠妈。一

30、黟桩墩扶壁式复合土钉墙三维模型侧面图图.桩墩扶壁式复合土钉墙三维有限元模型苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论.数值模拟计算参数根据已有的桩锚与土钉墙联合支护结构的分析计算成果,通常桩中心距、桩植入深度、锚杆长度及土钉间距这几种因素对桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构的安全性和整个支护结构的经济性有重要影响,本文主要针对以上几种主要因素对该支护结构进行模拟分析,如表.为考虑桩墩植入深度的参数设置情况,表.为考虑桩中心距变化的模型参数设置,表.为考虑锚杆长度变化的参数设置,表.为考虑土钉竖向间距变化的模型参数设置,表.为土层深度分布情况及相关计算参数:表.:模型各构件尺寸及布置参数桩墩中心距 土钉间距

31、土钉倾角 土钉长度 锚杆长度 锚杆倾角 桩墩植入深度。 表.:模型各构件尺寸及布置参数桩墩植入深度 土钉问距 土钉倾角 土钉长度 锚杆长度 锚杆倾角 桩墩中心距表.:模型各构件尺寸及布置参数桩墩植入深度 土钉间距土钉倾角 土钉长度 桩墩中心距 锚杆倾角 锚杆长度。. . . .、 .、 .、.表.:模型各构件尺寸及布置参数桩墩植入深度 锚杆长度 土钉倾角 土钉长度 锚杆倾角 土钉水平 土钉竖向间距桩墩中心距 间距。 四 。表.:土层深度分布情况及参数土层序号 压缩模量土层厚度分布 容重 内摩擦角 粘聚力 泊松比。一 . . . . .桩墩扶壁式复合土钉墙的数值模拟计算程序深基坑支护重在过程控制

32、,一旦支护结构出现质量问题,事后纠正和补救比较困难。本文是在实际的工程经验逐层开挖加载的基础上建立数值计算模型,计算模型选择基坑的开挖深度为米,在进行数值模拟计算过程中,根据基坑开挖及支护施首先,桩径统一选择为.米,植入钻孔,开始基坑开挖加载,每层开挖深度均为苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论.米,第一层土压力主要由钻孔灌注桩来承担,当该层开挖完成后,增设第一层锚杆,该层锚杆主要控制桩顶位移;随后,按照数值模拟参数设置要求设置土钉,挂设钢筋网片,喷射混凝土面层。第一层土体开挖及支撑结构设置完成以后,再开挖第二层土体,随着基坑开挖深度的增加,作用在桩墩上的土压力逐渐增大,桩锚所形成的自平衡体系

33、开始发挥作用,第一层锚杆开始受到桩身拉力。该层基坑开挖所增加的土压力,一部分通过锚杆传递到桩后稳定土层中,一部分由桩身承担。以后每层开挖卸载及支撑结构的设置都是重复以上的操作,距开挖层最近的锚杆分担该开挖层所增加的土压力比率较大。逐层开挖,锚杆拉力逐层叠加,直至开挖到底并完成支护。苏州科技学院硕士学位论文 第二章桩墩变形及影响因紊的分析第二章桩墩变形及影响因素的分析在基坑的开挖过程中,由于原状土的应力场及地下水等环境因素的变化,必然会引起支护结构的位移、基坑周围地表的沉降、基坑失稳以及坑底隆起等问题阱】。目前,基坑支护的形式和施工技术比较丰富,但事故仍有发生,其变形表现为两个方面:水平位移和竖

34、向位移。当基坑开挖较浅时,支护结构的变形主要为基坑方向的水平位移,地表也随之变形;随着开挖深度的增加,土体土应力的释放量增加,土压力增大,地表沉降的范围变大,位移量也随之变化。桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构中,桩墩是非常重要的受力构件。在基坑开挖及基础施工过程中,其受力特征及位移分布对基坑整体的安全及稳定性起着非常重要的作用,在模拟分析中,主要考察了不同桩墩植入深度、桩中心距、锚杆长度及土钉倾角对桩墩轴线位移大小及分布的影响,总结其变化规律。模拟分析中,取桩顶的水平位移和桩轴线的水平位移进行分析。桩轴线的水平位移分布直接体现桩身内力大小及分布,影响桩身的配筋及混凝土强度的选择,同时也是基坑支护安

35、全的一个重要考察因素。桩顶的水平位移大小直接反应了整个基坑的稳定情况,对整个支护结构安全起着控制性作用。桩轴线位移直接体现着基坑支护的安全性及土压力的分配情况;为了达到对桩轴线位移的合理分析,首先要考虑整个支护结构体系的受力模式,分析支护结构内部传力机制;然后再通过桩身内力分析,研究其对桩身位移及对基坑安全性的影响。.桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构的受力模式桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构中桩锚是主要的受力构件,土钉墙的参数选取只要满足上部土体稳定性要求即可,而优化桩锚结构的设计参数是组合支护体系中结构优化的主要内容,其中桩体刚度和桩的嵌固深度是主要考虑的因素。对桩体刚度的影响因素主要有桩径、桩长、

36、混凝土的强度及钢筋的配筋量等。本文主要考虑桩长对桩身内力及桩身位移的影响,桩体刚度较小时,桩身位移较大,且容易在坑底附近发生向坑内的最大挠曲;如果刚度太小,还会引起桩身发生弯曲破坏。而增大桩体刚度,结构最大弯矩也随着增大,虽然有利于减小其挠度,但刚度达到一定值后再增大支护桩的刚度,对限制结构的位移效果并不明显。因此,支护结构的刚度不宜太大也不宜太小,选择合适的围护桩参数以控制其刚度是非常重要的,本文主要针对影响桩体刚度的桩长参数进行分析,而混凝土强度、桩径及配筋结合实际工程的经验选取。确定桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构中灌注桩的嵌固深度是对整个支护结构受苏州科技学院硕士学位论文 第二章桩墩变形及

37、影响冈寨的分析破坏。支护桩嵌固深度太浅时,会因被动土压力不足,导致坑底隆起量过大及支护结构整体失稳破坏。当嵌固深度满足支护结构的稳定要求后,再增大嵌入深度对桩身变形与弯矩的影响不大,因此选择合理的嵌固深度,可以节省工期和工程造价。基坑在开挖之前先施工混凝土灌注桩,对单支点及多支点桩锚支护结构,在基坑开挖过程中,没有植入锚杆之前,由于开挖卸荷,坑外土体向坑内移动,支护桩在土压力作用下出现悬臂受力;随着锚杆的施工及锚杆拉力的发挥,支护桩的位移会受到限制。在土压力作用下,支护桩桩长较短时,桩身刚度较大,桩身位移以整体变形为主,类似于刚性桩;随着桩长的增加,桩身的水平位移趋于以挠曲变形为主,类似于弹性

38、桩。桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构中的土钉主要作用是提高土体强度,增加土体的自稳性,它不参与土压力的分配,但能调整桩、锚之间的土压力的分配比例。桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构在基坑施工过程中,锚杆拉力大小随着基坑开挖加载过程及支撑构件的设置顺序而变化,由于锚杆对灌注桩提供了支撑力,使桩身在土压力作用下内力分布趋于均匀,桩身受力较悬臂状态时合理。.支护桩墩的水平位移分析.桩中心距对桩轴线及桩顶位移影响分析在基坑开挖深度、桩墩的嵌固深度、锚杆和土钉长度、倾角及间距一定的情况下,即表.模型尺寸及各构件参数,桩中心距分别.、.、.、.、.五种情况进行了数值模拟计算分析,表示桩径,该模拟采用的桩径。图.显示

39、为基坑开挖到底时桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构中桩轴线的水平位移曲线。定义桩中心距比例系数为桩中心距与桩直径的比值,图.为桩中心距比例系数与桩顶位移的关系。苏州科技学院硕十学位论文 第二章桩墩变形及影响因素的分析桩身的水平位移,.毋,譬、.米飞米米米米重业钳图.不同桩中心距产生的桩轴线水平位移曲线昌要.潍罄.辑桩中心距比例系数号图.桩中心距比例系数与桩顶位移关系苏州科技学院硕士学位论文 第二章桩墩变形及影响冈素的分析加.嘲.咖.咖.删帅埘.删帕.却.啪;:爱?印拍廿蔷士拥.晰朝 掣,分蟹敬缸锨五。越龟缸池舭泓.“。轧.。翼叩。咛:卫:寡吧即呵”哆哩一础。缸矗.划“缸二础。“。如矗。厶墨嫡.米桩中

40、心距整个基坑竖向位移云图窜譬一似、哆一粤,中,:誓矿一”叩、譬善矿柚气州妒。冀叩:吁、雄霄即。张以咯掌艘昝蚱吧鼍键乎:瑚咖。?口.口;长弭,.一.,一“加.“.嘲岫帅?.口钾州山,鹾“”.。,。“,;:一。.,却枷。?.呵憎啪,:.?.。一.一.,一,。,:以 诫墨。.米桩中心距整个基坑竖向位移云图苏州科技学院硕士学位论文 第二章桩墩变形及影响冈素的分析., , : 一”,。?。.一 ,:一,一氅嘲一. 啪 一四啪啪一啪一啪一咖一舯一一一一、.一啪一坼鲈缸藏山函“瓿“毫编。地,二.米桩中心距整个基坑竖向位移云图:黟壤簪彬娜:啊钟誓坤叶甄碑:日。.轼赞黔譬葛群一宁群了缈:耳予咿呐”?。驾加:.咖

41、二仰一.咖帅.:神.黟寸甜翳强淳.。,?一、.咖咖硼柏州竹怕“巾?:.口哪城山删噍,鱼:、, 。”譬口脚州.辅曲警麓 . 一;溅.米桩中心距整个基坑竖向位移云图苏州科技学院硕士学位论文 第二章桩墩变形及影响因素的分析 曩. 山.:篇嚣篡:。岫,嘲氛曲一?,口曲删如爱。、矗彘:.。矗:。蕊:.“;上蕊“叠.再岳&斌汕办“。蕊乱二五矗妊蛳冉一翼弩?可贮唧磐唑删.米桩中心距整个基坑竖向位移云图图.不同桩中心距基坑竖向位移云图考察分析模拟计算结果,可知:随着桩中心距的增大,桩轴线最大水平位移逐渐增大,且在地面以下.处桩身的水平位移最大,桩顶水平位移逐渐减小;桩顶位移减小的同时,位移零点位置逐渐向桩顶方

42、向移动,桩身位移零点位于桩顶以下之间;当桩中心距增大到一定程度后,桩身的水平位移基本不变,在该模型参数情况下取桩墩的最大桩中心距为米左右较为合理。桩中心距并不是越大越好,桩中心距过大时,桩、锚和土钉墙形成的支护体系就不能充分发挥其支护作用,相当于单纯的土钉墙支护,会造成土钉墙支护结构水平位移过大,甚至支护结构会发生破坏。通过模拟计算可知,一方面随着桩中心距的增加,由图.不同桩中心距基坑竖向位移云图分析,基坑底部土体的隆起量逐渐增加,桩、锚和土钉墙形成的锚固体绕桩底转动的趋势增强,桩顶水平位移有减小趋势,如图.桩中心距比例系数与桩顶位移关系所示。另一方面随着桩中心距的增加,锚杆的拉力也在增加,对

43、桩身的约束也随着增强,从而限制桩顶位移。虽然桩中心距的增加在一定程度上能够改变桩、锚承担的土压力的大小,但由于桩身内力与桩中心距变化并不是一定的线性关系,当桩中心距增大到一定程度后,由于土钉的间距不变,土钉墙形成的拱高变化基本不变,桩、锚所承担的土压力的大小变化就不明显,因此桩轴线的最大位移也变化不大,这也说明了.和.桩距产生的位移图基本是一致的。通过对深基坑桩墩扶壁式复合支护结构的模拟分析可知:在基坑顶面苏州科技学院硕士学位论文 第二章桩墩变形及影响冈素的分析以下.米处,.米桩中心距桩身的最大弯矩为蝌?,桩身的最大位移为.,.米桩中心距桩身的最大弯矩为 羽?,桩身的最大位移为.衄,两种情况下桩身内力变化不大,桩身最大位移基本不变;而.米、.米桩中心距的桩身最大弯矩分别为斟?、烈?,桩身的最大位移为.、.姗,相比.米及.米桩中心距时,桩身最大内力及桩身最大位移的都有明显减小;而且当桩中心距.米增加到.米时相对于桩中心距从.米增加到.米,桩身的内力及桩身最大位移变化幅度都比较大。.灌注桩嵌固深度对桩身位移的影响分析桩墩扶壁式复合土钉墙支护结构中,桩墩是非常重要的受力构件。在基坑开挖及基础施工过程中,其受力特征及位移分布对基坑整体的安全及稳定性起着非常重要的作用,在模拟分析中,主要考察了不同桩墩植入深度对桩墩轴线位移大小及分布的影响。模拟分析中,取桩顶的水平位移和桩轴线