钢管-钢板桩围堰结构受力与变形计算

研究钢管-钢板桩围堰结构构件在实际受力状态下的入土深度、弯矩及变形,建立并求解基于增量法和全量法的弹性地基梁法挠曲微分方程,研究支撑道数、支撑竖向间距、钢板桩刚度、支撑预加力对围堰受力变形的影响。围堰的弯矩和位移随着支撑道数增加而下移,最大正弯矩主要出现在围堰的中下部;增加支撑道数、钢板刚度和支撑预加力可以改善围堰的受力与变形。

浅析基坑工程的优化设计方法

本文以实际项目为例分析了基坑工程的动态优化设计方法。采用多专业联合设计,通过调整正负零的绝对标高和优化地下室层高等措施减小了基坑开挖深度;基于项目工期目标调整支撑结构布设,平面空间避开结构柱与剪力墙,竖向空间保证挖土的作业面高度,减少基坑支护结构对主要节点工期的影响;运用静力触探技术连续测试并精准识别软土的分布区域,优化设计方案,节约造价。通过综合运用多种基坑优化设计方法,该项目累计节省工期4个月,节约造价3100万元。研究成果可为其他类似项目提供参考。

岸坡双排悬挂式钢板桩结构安全稳定性研究

边坡开挖施工过程中,为保证岸坡的稳定性,验算支护结构的稳定性就显得尤为重要。本文依托华容煤炭铁水联运储配基地工程码头一期工程,将悬挂式双排钢板桩结构等效为重力式挡土墙,通过数学公式理论推导的方法分别从整体抗滑移稳定、整体抗倾覆稳定及基底应力等方面进行了验算,并结合计算结果对安全稳定性提出了评价。得出以下结论:该结构的抗滑移稳定性系数为1.49,大于规范要求的1.3下限;该结构的抗倾覆稳定性系数为1.63,大于规范要求的1.6下限,在结构上是安全的;该结构的基底最大压应力小于地基容许承载力,符合规范要求,但合力偏心距偏大,应及时调整防止墙身过分倾斜。

遍布节理对地下洞室群围岩稳定性的影响研究

因地质条件的复杂性,导致节理、断层、裂隙等弱面较为发育,致使在对大型地下洞室群围岩稳定性研究中很难全面考虑各弱面对稳定性的影响,因此我们通过引入遍布节理模型,同时考虑岩块和节理属性,使研究更加符合岩体状态及工程实际。介绍可考虑岩体中节理弱面的遍布节理弱面模型及其在有限差分程序中的实现,选取佛子岭抽水蓄能水电站地下厂房洞室群作为工程实例,对比分析洞室围岩在莫尔-库伦模型和遍布节理模型两种条件下的位移、应力状态和塑性区发展情况。在引入遍布节理模型后,洞室壁水平位移值增长显著,主应力值有一定程度增加,而围岩顶拱和底板变化不明显,只略有加大,在洞室交接处,应力集中现象较明显。运用正交设计方法,选取六种不同走向和倾向的遍布节理弱面,研究遍布节理弱面的走向和倾向对围岩变形的影响。研究结果表明,遍布节理弱面对地下洞室群围岩稳定性有较大影响,当其方向与断层弱面方向垂直且与洞室群成斜交时,影响最大。

隧道中橡胶气囊阻漏受力分析模型及试验验证

随着地下空间的开发利用,在修建地铁及隧道的过程中,经常遭遇易渗漏或者涌水突泥的地下环境,地下水涌入隧道会对施工及周围环境造成恶劣影响,为减少此类损失,需要尽快将涌水区隔离.本文提出将橡胶气囊置于隧道中作为临时性挡水结构,利用气囊充气膨胀后与隧道壁之间产生的摩阻力来抵抗压力,使水体被阻隔在气囊一端,起到有效隔离的作用.气囊是薄膜结构,受隧道壁的环向约束,其在外压作用下的变形特性以及保持稳定、不滑动、不损坏的控制条件是研究的重点和核心.本文建立了弹性气囊的受力分析模型,考虑材料的拉伸特性,结合气囊在隧道中的边界条件和受力条件,对气囊一端在外压作用下的变形特性进行研究,从而得到气囊自开始变形至极限状态的过程中的变形规律和内压增长的计算公式,确定气囊保持稳定时所能够抵挡的最大外压.同时,得到了气囊能够有效工作的3个控制条件,即外压不能大于变形后的内压、外力不能大于最大静摩阻力和材料张力不能大于抗拉强度.采用伸缩性较大、变形明显的橡胶材料进行模型试验验证,试验结果与理论分析得到的规律有很好的一致性.

武汉地铁名都站深基坑围护结构水平变形分析与仿真模拟研究

以武汉地铁二号线名都站深基坑工程为研究对象,对现场监测数据进行了详细分析。采用有限元数值分析方法,借助于著名的岩土工程软件MIDAS/GTS建立了三维工程地质仿真计算模型。根据基坑现场实际开挖情况,采用弹塑性摩尔—库仑本构方程和实际应力与位移边界条件,计算得出了不同施工工序条件下基坑围护结构同一断面对应的基坑围护桩的位移云图和变形曲线,从而对深基坑分步开挖过程中支护结构的水平变形规律进行了研究,并将计算结果与监测结果进行了对比分析。结果表明:计算结果和监测数据基本吻合,说明模型和参数的选取及施工阶段的划分是合理的,且计算结果能较好地模拟深基坑开挖过程中围护结构的变形特性。研究成果对模拟超前开挖基坑并预测其变形特性具有积极的科学性,对下一步施工防护方案的及时修正具有重要的指导意义。

构造因素对高大模板支撑体系稳定承载力影响的研究

以前人对扣件式钢管脚手架及模板支架的研究为基础,通过现场调研并借助SAP2000有限元分析软件建立模型,分析高大模板支撑体系的纵距、横距、步距、扫地杆高度、竖直杆伸出顶端长度、水平加强层间距等构造因素在体系几何尺寸不变的情况下对其稳定承载力的影响机理。根据分析计算结果,提出高支模体系设计和施工中应注意的问题和建议。

深厚软土地基上充灌袋围埝下沉计算研究

采用大型充灌袋在深厚软土地基上建造围埝具有节约材料、降低造价、方便施工等优势,因此,在围海造陆中得到了广泛地应用。软弱地基由于承载力不足,且常处于流塑状态,故充灌袋围埝建造时会挤出淤泥而沉入软土中。随着下沉深度增加,围埝两侧的边载也随之增加,围埝基底也逐渐落在承载力较高的土层上,当围埝的重量与地基承载力相等时,围埝停止下沉,达到极限平衡状态。确定围埝达到设计标高时的下沉深度和充灌袋的用量是充灌袋围埝设计的核心问题。利用土体极限平衡理论并考虑隆起淤泥对承载力的影响,推导出充灌袋围埝挤淤深度的计算公式,并通过挤淤的模型试验和现场工程的监测数据来验证公式的合理性和适用性。此研究成果可供充灌袋围埝挤淤深度的设计及相关工程以参考。

基坑围护桩侵限成因分析与处理

本文在分析基坑开挖过程中围护结构变形、坑边地表沉降及土压力变形规律的基础上,着重总结了基坑发生桩侵限的原因及其所带来的危害。在总结接桩法、补桩法等桩侵限处理方法的基础上,提出了力传递法和增设锚索法,并对增设锚索法作用机理进行了分析,总结了各种处理方法的优缺点及使用条件。最后用工程实例证明了力传递法和增设锚索法的有效性及合理性,为类似工程积累了经验。

土压平衡盾构机密封舱土压力优化设置问题

基于Rankine的土压力理论,研究了土压平衡盾构机掘进工作面稳定机理。根据主动土压力和被动土压力原理,推导了土压平衡盾构机的合理工作面土压力表达式。采用有限元方法模拟了盾构机密封舱土压力分布,建立了掘进工作面土压力与密封舱隔板可观测的土压力之间的关系,从理论上解决密封舱压力的优化设置问题。

洲头咀沉管隧道干坞抽水扰动下模袋砂围堰力学响应研究

为深入研究模袋砂围堰对沉管隧道干坞抽水力学响应规律,以广州洲头咀沉管隧道模袋砂围堰工程为背景,建立干坞抽水全过程精细数值模型。计算验证了钢板桩+袋装黏土组合芯墙止水性能。分析了干坞抽水引起的模袋砂围堰变形规律。并揭示了围堰土工模袋张力分布规律,此外提出模袋张力简化计算方法。研究表明:模袋砂围堰钢板桩+袋装黏土组合防渗芯墙止水效果良好,能有效控制临江侧水流渗入干坞侧;干坞侧抽水对模袋砂围堰变形产生了显著的影响,变形与坞内下降水位近似呈同向线性关系;坞内水位降低使围堰重度由浮重度变为干重度,引起模袋砂压实而出现较大竖向位移;围堰竖向压缩和水头差引起的渗流作用又促使围堰的水平位移;模袋砂围堰中土工模袋受到的张力随着坞内抽水水位的降低近似线性增大。模袋张力简化法计算值与数值计算结果对比表明,模袋张力采用的简化计算方法具备合理性。

MC桩组合支护结构工作性状的有限元分析

水泥土桩与混凝土桩组合支护结构(MC桩)对基坑工程变形控制效果明显,在工程实践中开始得到应用.针对这种组合支护结构工作机理和变形特性研究较少,实际工程多采用经验设计法,缺乏理论依据.应用有限单元法分析了组合支护结构在基坑开挖条件下的工作性状,分析了M桩入土深度、墙体宽度、C桩桩长和土体性质等因素对组合支护结构水平位移、基坑隆起、地面沉降以及桩身内力的影响.分析表明,增大M桩挡墙宽度或增加C桩桩长对支护结构变形、坑底隆起及地表沉降控制效果明显,研究结果对组合支护结构的设计具有参考价值.

特殊条件下复合钢围堰施工技术研究

在已有研究基础上,针对钢板桩应用广泛但刚度较低、锁扣钢管桩刚度高但经济性差及止水难度大的特点,结合工程实例,针对围堰结构距水管过近、承台基坑较深且面积较大、河床地质结构复杂等特殊条件,对施工方案进行优化研究,创新性提出了钢管桩、钢板桩组合“8”字形围堰施工的技术。采用围堰钢管桩精确定位方法,开创性解决了围堰锁扣钢管桩间距控制难度大的问题;锁口内采用50%石粉+25%腻子粉+20%锯末+5%水泥的集配材料进行拌和填充,成功解决了钢管桩渗水问题;采用钢管桩、钢板桩接合“8”字型围堰的设计,大幅节省了钢管桩用量且克服了小间距承台围堰结构打架的难题,极大地提升了经济性与施工便捷性。该技术在东晓南路-广州南站连接线南段某工程中得到成功应用,各项指标合格率均为100%,取得了良好的经济效益,具有较好的推广与应用价值。

隧道中气囊阻漏的工作机理及模型试验研究

近年来,地下隧道工程发展迅速,在建设和使用过程中的突发事件也层出不穷。地下隧道常经过含水丰富的土层或岩层裂隙发育地带,因此容易发生渗漏或者涌水突泥的问题。为减少工程损失,需尽快将涌水区隔离,为进一步的处置争取时间。采用大尺寸橡胶气囊进行隧道挡水,是通过快充而膨胀的气囊与隧道内壁之间产生的摩擦力抵消水压力,将水阻隔在气囊一端,避免涌水面积扩大。本文假设气囊材料不可拉伸,内部气体满足理想气体状态方程,通过分析气囊的受力情况和边界条件,对气囊在充气过程中和一端有外力时的形状和受力特点试验和理论研究,得到气囊受到外压时整体形状和内部气压的理论公式,以及外压与内压的关系,提出气囊阻水的设计计算方法。通过模型试验对变化规律、公式和气囊失稳方式进行了对比分析,研究结果表明,隧道中气囊正常工作需同时满足3个控制条件:(1)一端的外压必须小于气囊的内压;(2)气囊的张拉力必须小于气囊材料的抗拉强度;(3)外荷载推力必须小于气囊与隧道壁之间的最大摩阻力。通过理论研究所得的气囊失效机理和内压增长规律与模型试验所得结果有较高的一致性,研究成果可作为隧道中大尺寸胶囊设计的依据。

深水域复杂地层深大钢板桩围堰施工技术分析

钢板桩围堰技术在基坑围护工程中被广泛应用,包括公路、铁路和市政工程。常规的钢板桩施工方法已相对完善成熟,但在深水深层复杂地质条件下,对于深大型钢板桩围堰的施工经验尚显不足,存在诸如插打效率低、合拢困难、清淤效果差、围堰封底质量无法保障,以及内支撑体系安装复杂等问题。文章以上横高速西部津郁江特大桥钢板桩围堰工程为例,阐述并总结了相关施工技术和工艺措施,以期为类似工程的施工提供技术参考。

洞庭湖大桥锚碇基础土围堰饱和-非饱和稳定性分析

汛期锚碇基础土围堰的稳定性值得深入研究。首先,基于非饱和土渗流及抗剪强度理论,推导了考虑渗流力的改进Janbu法;其次,通过土工试验及Fredlund方法,获得了土体的物理力学参数、SWCC曲线及非饱和渗透系数曲线;然后,对洪水保持过程中土围堰的稳定性进行了理论与数值分析。计算表明:洪水保持期间,浸润线未达到稳定状态,且未形成稳态渗流;洪水位和初始水位下围堰稳定性较好,水位剧降情况下围堰稳定性最差,即洪水消退过程中水位剧降是最不利工况;围堰临水侧边坡稳定系数均大于背水侧,且均随洪水浸润时间的增长而减小,临水侧边坡稳定性受浸润时间的影响比背水侧大,但短期内浸润时间的影响可忽略。

基坑侧向变形监测技术的研究

通过对广州不同区域及不同深度的基坑工程实测,针对基坑安全起主要控制作用的侧向变形监测技术进行系统研究,总结基坑侧向变形监测中常出现的问题,并分别从测斜监测中测斜管的选取、埋设及数据处理等问题进行探讨。

SMW工法桩施工对深层土体水平位移影响试验研究

依据现场试验资料,对比研究采用不同水灰比、下钻速度下的SMW工法桩对深层土体位移的影响,结果表明水灰比1.2、下钻速度50mm/min比较适用,可为邻近运营地铁隧道沿线围护桩提供施工参数。

软弱夹层对深基坑水平位移影响的数值模拟分析

以某深基坑支护工程为背景,研究了软弱夹层对基坑水平位移的影响。利用有限元分析软件PLAXIS 2D和M-C土体本构模型对该工程排桩预应力锚杆支护段进行数值模拟。对比分析了软弱夹层的黏聚力、内摩擦角、厚度、埋置深度对基坑水平位移的影响,得到了这些因素对基坑水平位移的影响规律。结果表明:软弱夹层的存在对基坑水平位移有较大影响;内摩擦角对基坑水平位移的影响比黏聚力更加明显;黏聚力和内摩擦角同时变化引起基坑水平位移的变化大于单一参数变化引起的基坑水平位移变化之和;基坑水平位移随软弱夹层厚度的增大而增大;随着埋置深度的增大,基坑水平位移呈现先增大后减小的趋势。

隧道气囊在外压作用下的变形特性及试验验证

在隧道的建设和运营中,地下水渗漏、突发洪水及有害气体等会对隧道及周围环境造成严重危害,故需快速高效的临时性装置进行阻隔。提出采用大直径气囊将隧道阻隔分区,其原理是通过增大内压使气囊与隧道壁贴合,利用气囊与隧道壁之间的摩阻力来抵抗外部压力,将流体阻隔在气囊一端,避免灾害扩大。充灌气囊属于膜结构,在抵挡外力时,薄膜的受力和变形直接影响气囊滑移失效的模式。结合气囊在隧道中的边界条件和受力条件进行分析,得出自初始状态至阻漏失效的整个过程中气囊形状和内压随外压变化的关系,得到气囊能够抵挡最大外压的计算公式,并确定气囊失效模式的类型,进而探究了气囊长径比和初始压力对形状和内压变化的影响。通过模型试验对理论公式进行验证,试验结果与理论分析有很好的一致性。