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考虑土拱效应的双排桩支护结构设计研究及工程应用

谢泻  
【摘要】:双排桩支护体系是20世纪80年代出现的一种新型深基坑支护结构形式,是指在地基土中设置两排平行桩,桩顶用板或梁将前后排桩连接而形成的门字形空间支护体系。双排桩支护结构通常具有较大的抗侧移刚度,能有效控制深基坑的变形。相比传统的拉锚式或单排悬臂桩支护体系,双排桩支护结构的桩身内力、位移等均有明显减小,能适应复杂多变的荷载条件。虽然双排桩支护结构优点众多,但目前仍有一些问题值得深入探讨研究,特别是作用在前后排桩桩体上的土压力问题、桩土相互作用对支护结构稳定性的影响问题等等。由于基坑支护工程一般为临时性工程,基础工程施工完成后便不再需要,因此,探讨双排桩支护结构设计计算过程中土压力荷载的开展与分布机理,考虑各种因素的影响,在满足基坑工程安全稳定要求的同时,尽可能地优化支护结构的设计,具有较强的理论与工程实际意义。 论文首先总结归纳了工程实际中关于双排桩支护结构的几种常用计算理论与方法,并讨论了其各自的适用性与不足之处。在此基础上,探讨了深基坑开挖过程中及开挖结束后桩间、桩背土体的成拱机理,并对变形土体的土拱进行了力学性状分析。然后,建立了竖直光滑平行墙面条件下的土拱力学分析模型,推导出了基于土拱效应的双排桩桩侧土压力计算公式,并运用Matlab计算软件计算出了桩土摩擦作用充分发挥、不充分发挥两种情况下圆弧拱以及悬链线拱这两种不同土拱形状下的桩侧土压力系数,并对比分析了两者的土压力分布差异。最后,结合某工程实例,采用本文所提出的深基坑双排柱支护结构计算方法对该工程深基坑支护体系进行结构设计及稳定性验算,并与工程中最常用的支护结构设计计算软件——理正深基坑6.0进行了对比分析,验证了本文方法的经济性及其工程实用意义。另外,论文还对深基坑双排桩支护结构的相关重要设计参数进行了对比计算分析,得到了排距、桩身截面尺寸、连梁刚度等参数对双排桩支护体系的内力、位移影响规律。


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