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《西南交通大学》 2013年
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砂卵石地层中圆形深基坑排桩支护结构设计理论

张家国  
【摘要】:近几十年来,随着高层建筑的多层地下室、地下铁道、地下车站、地下停车场、地下商场、地下仓库、地下市政设施和工业及军事设施等的建设与发展,深基坑工程越来越多,平面布置形式越来越灵活,如规则的矩形、圆形或各种不规则形式。其中圆形深基坑支护结构体系作为一种闭合的拱圈结构,呈现出主要承受环向压力的特性,同时由于圆拱效应的影响,圆形基坑支护结构与其他平面布置形式的基坑相比较,结构的受力和控制变形更有利。迄今为止,公开的文献可以查询到的圆形深基坑工程绝大多数出现在沿海软土地区,支护体系多为地下连续墙型式。对于砂卵石地层中(与软土地区地层特征有着显著差异)圆形深基坑排桩支护结构,可以查询到的研究成果很少,其原因包括:缺少砂卵石地层圆形深基坑排桩支护结构的系统设计理论和工程实践经验,导致工程中选择时极为慎重,已有的少量工程实例也按常规的未充分考虑圆形深基坑空间作用效应和桩土共同作用的受力模型进行计算导致设计偏于保守。因此,对砂卵石地层中圆形深基坑排桩支护结构设计理论进行研究,具有重要的理论价值和现实意义。本论文在广泛收集国内外相关研究资料的基础上,针对砂卵石地层的土层特性、圆形深基坑排桩支护结构的空间作用效应和桩土共同作用,采用厚壁圆筒理论、三维数值模拟、室内模型试验、工程实例验证等手段研究了作用于砂卵石地层中圆形深基坑排桩支护结构上土压力的计算理论、排桩支护结构内力和变形的计算理论,并对圆形基坑排桩支护结构的常用参数取值及影响因素进行了分析讨论。本论文取得的主要成果、得出的主要结论与建议如下:1.按厚壁圆筒理论建立了作用于圆形深基坑排桩支护结构上土压力的分析理论和计算公式,公式中包含了基坑直径、桩径、桩的抗弯刚度、土体重度、弹性模量、泊松比、内摩擦角、静止土压力系数等诸多参数和影响因素。2.在不同开挖深度下,圆形深基坑排桩支护结构桩后土压力总体呈非线性分布,在不同土层范围内近似呈线性分布,可近似按分段线性分布处理。桩后土压力介于静止土压力和主动土压力之间,但更接近Rankine主动土压力。随着开挖深度的增加,同一位置处桩后土压力呈逐渐减小的特点,但土压力合力则具有逐渐增大的特点,尤其在基坑中下部1/3-2/3范围内较为明显。3.对于任意开挖深度,开挖面以上桩体采用底端固定、顶端为滑动支座、中间为铰支座(腰梁处)的超静定多跨连续梁模型分析内力和变形,开挖面以下桩体采用弹性地基梁法计算桩体内力和变形,并考虑了上下两部分的内力和变形协调,建立了排桩支护结构内力和变形的分析理论和计算公式。4.排桩支护结构的冠梁和腰梁主要表现为沿环向均匀受压的特点,剪力和弯矩较小;冠梁主要起约束桩顶侧向变形的作用,截面尺寸主要根据构造要求确定。在多道腰梁中,靠近坑底的1~2道腰梁轴力较大。5.腰梁刚度和间距对排桩支护结构的腰梁轴力和围护桩侧向位移影响较大,对圆形深基坑宜尽早采用刚度大的腰梁支撑,可使得排桩支护结构的综合受力效果处于较好的状态。6.因冠梁和多道腰梁作用,支护桩侧向位移呈中间大两端小的分布特征,中间向坑内鼓胀,最大侧向位移一般出现在开挖深度的1/2-2/3的范围。7.随着基坑直径的增大,圆形深基坑的空间作用效应逐渐减弱。建议充分考虑圆形深基坑排桩支护结构空间作用效应的边界效应直径为30-40m,超过边界效应直径的圆形深基坑,应对空间作用效应予以折减。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TU473.2

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