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深基坑桩锚支护结构设计应用研究及数值模拟分析

李永  
【摘要】:随着经济的迅速发展,我国的城市高层建筑、地铁工程、大型市政工程及大量地下空间开发规模日益增大,由此而产生了大量的深基坑工程。由于深基坑工程的工程量大,工程造价高,因此,深基坑工程已成为控制工程进度、质量、经济的重要组成部分,从而对深基坑支护结构进行优化设计越发重要。深基坑的开挖及支护结构设计影响因素很多,与工程地质条件、水文地质条件、场地条件、施工管理、现场监测及周围建筑物等密切相关,故而难度也较大。 桩锚支护结构是20世纪80年代开始应用并发展起来的一种新型的抗滑结构,也是我国目前最常用的一种基坑支护结构形式。深基坑桩锚支护结构的设计研究涉及到多门基础学科,需要综合运用桩基技术、锚杆技术、工程施工技术和监测技术等多方面的知识,是一项涉及面广、难度较高的综合性课题。 本文通过对深基坑工程中桩锚支护结构的设计应用研究,分析了设计过程中存在的优缺点。在桩锚支护结构上部,采用放坡与土钉墙联合支护形式,既能保证基坑的稳定性,又能降低工程造价的成本。灌注桩具有超前支护作用,能够在基坑早期开挖过程中控制土体的变形,从而使基坑稳定性得到了提高。由于灌注桩的嵌固深度值较大,且桩体有较高的刚度和强度,使边界约束得到了加强,进而削弱了土体内部的塑性变形。同时,由于预应力锚索的使用,使支护桩的水平位移和竖直位移得到有效的控制,从而更好的控制了基坑的稳定性。研究了锚索的倾角及设置深度对支护结构最大水平位移的影响规律,指出锚索的倾角在0-30。之间变化时,对最大水平位移的影响不大;锚索的设置深度应依据具体工程情况而定,本基坑采用设置深度1.6m处最为合适。 最后利用ANSYS有限元软件对基坑的开挖过程进行了数值模拟,分析了支护桩及基坑的应力随着基坑深度的增加有逐渐增大的变化趋势。由于对锚杆施加预应力而产生的应力集中现象,使得桩与锚杆接触部位的周围小范围内应力相对较大。在土体边界条件的约束作用下,基坑的整体水平位移较小;在竖直方向上,基坑最大位移发生在基坑底部,即基坑开挖时常见的回弹现象,与实际情况相符合。 在其它参数保持不变的情况下,把桩的嵌固深度由6m变为5m,分别运用F-SPW软件和ANSYS进行模拟分析,并将所得计算结果与桩嵌固深度为6m时相比较。经分析可知,两种嵌固深度情况下,桩锚支护结构及基坑的内力和位移变化不大,均能满足规范要求。由此得出,该设计方案在桩的嵌固深度上稍偏保守,可进一步优化。


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