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复合型土钉支护工作性能的研究

李海深  
【摘要】:复合型土钉支护是由土钉支护和其它支护方法相结合的新型支挡结构。本 文结合湖南省建设厅于2001年和2003年度下达的两项科技项目“土钉支护内 力与变形的研究”和“复合型土钉支护的优化设计研究”的研究课题,以锚杆+ 土钉复合型支护和搅拌桩+土钉复合型支护为研究对象,结合工程测试的情况, 将平面问题有限元法用于复合型土钉支护工作性能的研究,为复合型土钉支护 的广泛应用提供理论基础和工程指导。主要研究工作如下: 1、 本文采用Duncan-Chang非线性E-B模型,开发了复合型土钉支护平面 有限元分析程序SCSN1,利用该程序分别对两种复合型土钉支护的变形,包括 地面的沉降、支护结构的水平位移、基坑的隆起量进行分析计算:对土钉的内 力分布、搅拌桩的弯矩和剪力进行分析计算。 2、 由于锚杆预应力和搅拌桩刚度的作用,复合型土钉支护与土钉支护相比, 其变形减小,稳定性和最大支护深度皆有较大提高。复合型土钉支护坑壁的水 平位移皆表现为中上部最大:搅拌桩+土钉复合型支护中搅拌桩后土体处于静止 土压力状态,而锚杆+土钉复合型支护中面板上土压力远小于静止土压力。 3、 通过对搅拌桩+土钉复合型支护中桩与土钉的相互作用关系的研究,考虑 土钉施加微预应力的作用效果,本文提出了一种减小基坑变形的施工方法-- 土钉施加微预应力法,本法对工程实践有较强的指导意义。 4、 在锚杆+土钉复合型支护中,锚杆的预应力限制了锚杆附近土钉的变形 和加固作用的发挥。为了充分调动这部分土钉的加固作用,减小基坑的变形, 在计算比较的基础上,本文提出先让土钉产生微小的变形,将锚杆预应力推后 2-3个开挖步施加的施工方法--锚杆预应力推后加载法。可用于指导工程实 践。 5、 搅拌桩+土钉复合型支护中搅拌桩的最大正弯矩位于开挖深度的中部, 最大负弯矩位于开挖面附近,最大剪力位于开挖面位置。搅拌桩的刚度的增加 能显著地减小基坑的位移,而土钉长度的增加对于减小基坑的位移不明显。软 土层埋深越大,基坑的位移和坑底隆起量越大;基坑底存在软弱下卧层,基坑 的变形和坑底隆起量会成倍增加。 6、 考虑土钉的拉剪作用和搅拌桩的抗剪作用,本文提出了一种复合型土钉 支护的稳定分析方法。通过分析土钉的长度、土钉的密度、搅拌桩的直径、软 土层的位置对复合型土钉支护最危险滑动面的位置和安全系数的影响,得出土 钉的有效长度为(1. 0-1. 2) H;土钉的密度增加,最危险滑动面的深度增加;对于 复合型土钉支护工作性能的研究 均质土,最危险滑动面的滑出点一般位于坡趾;对于存在软土层的情况,最危 险滑动面一般位于软土层的底面;软土层埋深越大,安全系数越小等结论。 7、首次提出临界密度的概念,并用临界密度的方法来划分土钉支护和“土 钉墙”。土钉支护的内部稳定安全系数随着土钉密度的增加而增加,但当土钉密 度达到临界密度时,土钉支护的稳定性由外部稳定性决定,土钉密度的进一步 增加,稳定安全系数增加缓慢。当土钉密度小于临界密度时,称为土钉支护; 当土钉密度达到或超过临界密度时,称为“土钉墙”。 8、临界密度的影响因素主要有土钉的长度、土质的内摩擦角和粘聚力系数, 临界密度随土钉长度的增大而增大,随土质的力学指标的增大而减小;本文分 别拟合了其相关关系。 9、通过对半无限体表面下水平集中荷载作用下Mindlin解进行积分计算, 求得了水平线荷载周围水平应力。m:的通解,分析发现大多数土钉支护都存在 “群钉效应”,土钉与土钉之间应力会相互叠加。 10、本文提出了一种考虑土钉的抗拉作用和搅拌桩的抗剪作用的基坑抗隆 稳定分析法。以满足抗隆稳定为基准,提出了最大支护深度的概念,并且提出 了土钉支护和复合型土钉支护相应最大支护深度的计算方法。 关键词:土钉;土钉墙;土钉支护;锚杆;搅拌桩;复合型土钉支护 尸


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