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预应力锚索复合土钉支护数值模拟与工程对比

岳猛  
【摘要】: 土钉支护作为一种经济可靠且施工快速简便的基坑支护技术,在基坑工程中得到了大量的应用。但单纯的土钉支护不能用于淤泥质土等不良土质、地下水位较高以及对变形控制严格的基坑工程中,所以近年来在土钉支护的基础上又发展出了土钉与水泥土搅拌桩、预应力锚杆(锚索)、超前微桩等支护形式相结合的复合型土钉支护。复合土钉支护技术可以针对不同的场地和地质条件,因地制宜、灵活多变地组合进行,在土木工程的各行各业得到广泛应用。但由于对复合型土钉支护的性状和工作机理的研究不够深入,导致在工程中常常出现以下两种现象:一方面,为了保证基坑的稳定和安全,设计人员总是不断地提高基坑支护的安全系数,造成了材料的浪费;另一方面,由于基坑失稳和变形过大而引起的工程事故却又不断的发生。本文结合目前复合型土钉支护的研究现状和工程实际需要,对最常用的预应力锚索复合土钉支护采用MIDAS/GTS有限分析软件进行数值模拟并进行工程对比,并对预应力锚索复合土钉支护进行了较为全面深入的研究,得出了对工程设计有一定参考价值的结论。本文在前人研究的基础上,对预应力锚索复合土钉支护进行了研究,取得了以下一些结论和认识: (1)利用MIDAS/GTS软件对预应力锚索复合土钉支护进行了有限元分析,模拟了“逆作法”施工过程。通过分析,发现不管是采用土钉支护还是预应力锚索复合土钉支护,以及在各个施工阶段,基坑水平位移曲线都会出现“鼓肚子”现象,最大水平位移发生基坑的下部,而不是顶部。 (2)预应力锚索锚固段轴力在与自由段相接的地方最大,远端最小,轴力变化呈曲线分布,且随着开挖深度的增加而增大。 (3)地面超载会使基坑边坡的水平位移和地面沉降显著增大,在进行基坑围护设计时,要特别注意地面超载的选取工作。 (4)通过数值模拟结果和工程实测数据的对比,指出在GTS中可以采用植入式桁架单元来模拟预应力锚索,但考虑到实际工程中的预应力损失和结构单元本身的缺陷,在数值模时应适当减小施加的预应力值;在确定计算范围时要注意坡脚两侧距离的选取,防止范围过小。


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