成都地铁基坑围护桩大变形原因分析及对策研究

[目的]周边环境及地质条件复杂的地铁基坑施工稍有不慎易导致基坑事故的发生。需分析基坑围护桩大变形原因,并提出针对性加固措施。[方法]以成都某近接老旧建筑物的桩锚支护结构地铁车站基坑为工程背景,分析了基坑施工过程中围护桩体发生大变形的原因,提出控制围护桩变形的加固措施。通过Harding-soil二阶高级本构模型研究了围护桩发生变形后,坑内采用反压堆载、基坑坑外坡体采用钢管桩及再次开挖前加强两道锚索措施的可行性。[结果及结论]模拟计算结果及现场实测结果表明,围护桩累计位移为77.77 mm;围护桩产生大变形后采用加固措施,可将围护桩水平位移控制在53 mm以内;根据模拟计算结果及现场实测结果,二者桩体水平位移曲线变化规律一致。实际施工结果表明,采取加固措施后,基坑变形控制效果明显,后续施工过程中未发生大范围变形。

深基坑双排微型桩-锚-撑组合支护结构受力与变形特性

为深入研究深厚杂填土地层深基坑微型桩-锚-撑组合支护结构随基坑开挖的受力与变形演化规律,首先,依托青岛市某深基坑工程开展双排微型桩-锚-撑原位试验,分析开挖工况下前、后排桩的桩身弯矩分布规律;然后,结合ABAQUS有限元模拟方法,明确微型桩、预应力锚索与钢支撑之间的协同作用及基坑变形规律;最后,揭示微型桩桩径变化、支护结构作用对桩身受力及基坑变形的影响机制。研究结果表明:增加开挖深度引起桩身正弯矩和负弯矩不断增大,极值点位置不断下移,桩身弯矩整体呈正“S”形分布;开挖至基底,前排桩的桩身反弯点分别位于钢支撑下方0.5 m和开挖面位置,后排桩的桩身反弯点分别位于钢支撑下方0.5 m和开挖面下方1.0 m范围内;基坑开挖竖向影响范围约为1.35H(H为基坑开挖深度),桩径增加近1倍,土体水平位移仅减少约51%,且随桩径继续增加,其对于限制基坑变形效果不显著;相较于桩锚支护结构,桩-锚-撑支护结构作用下,前、后排桩的最大水平位移分别减小34.9%和27.3%,基坑土体的最大水平位移减小46.0%。

含建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系振动台模型试验研究

基于Bockinghamπ定理,对具有建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系开展振动台模型试验,通过分析预应力锚索、建筑桩基的应变以及边坡坡顶加速度,研究支护体系的动力响应规律。结果表明,预应力锚索的应变在地震波加速度达到峰值时达到最大值,且上排锚索受力大于下排锚索,随着地震幅值的增大,最上排锚索锚固段率先发生滑移破坏失去锚固作用;建筑桩基应变最大值点位于滑动面以下一定深度,且远离边坡坡面的建筑桩基受力大于邻近边坡坡面的建筑桩基;坡顶各点峰值加速度随地震波幅值增大整体表现为线性增大,但在Wenchuan-Wolong波(0.55g)和Sin波(0.4g)工况时,各点峰值加速度相对有所下降,随着地震波幅值增大,各点峰值加速度放大系数在汶川波和正弦波作用下并非单调变化,而是表现为先减小后增大波动变化特点。

考虑冠梁的桩锚支护边坡试验与数值模拟

以兰州港务区桩锚支护边坡实例为依托,通过无线自动化监测与有限元软件数值模拟相结合的方式,研究桩锚支护在未设冠梁(填土过程)阶段和设置冠梁(运营期间)阶段的支护结构内力与边坡稳定性的变化规律.结果表明:在未设冠梁阶段,随着填土高度的增加,桩身弯矩、锚杆轴力和边坡位移逐渐增大;冠梁设置后,可有效地减小桩身弯矩和锚杆轴力并且对桩顶附近土体有较强的约束作用,对边坡顶部位移的约束效果最为显著,边坡位移的影响从坡顶至坡底逐渐减小,也明显地提高了边坡的稳定性;随着运营期内支护结构与边坡土体应力的相互调整,两者的内力与位移趋于平稳变化.该试验可为西北黄土地区桩锚支护边坡的设计、施工和监测分析提供有益的参考.

考虑多失效模式的桩锚结构鲁棒性设计及经济性优化

目的 研究岩土力学参数的不确定性对桩锚支护体系的整体影响,探究经济性和鲁棒性共同作用的优化设计。方法 选取黄土地区工程案例,考虑支护桩隆起破坏、支护桩倾覆破坏、整体稳定性破坏三类破坏形式,使用蒙特卡洛及点估计法嵌套的方式求出不同设计组合下的失效概率及标准差;同时考虑优化设计的经济性,筛选出桩锚支护结构体系的鲁棒性优化设计方案。结果 随着桩长增加,主控模式由隆起破坏向整体稳定性改变,不同的几何参数对结构鲁棒性影响不同,优化后可以获得同时满足经济性、鲁棒性及可靠度要求的最佳设计方案。结论 在桩锚结构设计中考虑经济性优化及多失效模式的鲁棒性设计是必要的。

含软弱夹层顺层岩质边坡开挖稳定性分析

以都安高速公路某段含软弱夹层顺层岩质边坡为例,采用极限平衡法对开挖后的边坡进行稳定性分析,基于FLAC3D软件模拟分析边坡分级开挖、分级支护过程中的位移、最大剪切应变增量、应力特征及抗滑桩的承载性能。结果表明:严格条分法的安全系数为1.011,强度折减法安全系数为条分法的97.13%,当考虑岩土体变形时,传统计算方法可能会高估边坡自身的稳定性;边坡采用抗滑桩+框架锚索+框架锚杆的联合支护方式,并进行分步开挖及分级支护,对坡体扰动小,支护效果良好,能很好地控制坡体变形,避免边坡因软弱夹层塑性区贯通而发生失稳破坏。

考虑嵌固段桩前土体弹塑性变形的锚索微型桩群计算模型研究

锚索微型桩群在中小型边坡治理及边坡紧急抢险工程中的应用越来越广泛,但现有的计算模型对嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性考虑较少。针对这一问题,首先根据锚索微型桩群加固土质边坡的特点,以潜在滑裂面位置为分界线,将微型桩群分为受荷段与嵌固段进行分析。对于受荷段,将桩间土简化为水平土弹簧,有效考虑桩间土力的传递作用;对于嵌固段,采用理想弹塑性p-y曲线分析桩-土相互作用。其次,将冠梁处预应力锚索简化为弹性支座,将其作用力转移至后排桩桩顶,再由桩顶冠梁重分配至各排桩桩顶处,从而达到对桩顶位移的约束作用。最后,以帕斯捷尔纳克(Pasternak)双参数地基梁法为基础,建立考虑嵌固段桩前土体弹塑性变形及桩侧土体受力变形连续性的锚索微型桩群有限差分计算模型,并迭代求解得到该结构的水平位移与内力。利用该计算模型分别对微型桩群与锚索微型桩群加固土质边坡进行算例计算,与试验、数值模拟结果对比分析,验证该模型的合理性,并探讨土体剪切刚度、锚索束及桩径对该锚索微型桩群水平位移与内力的影响。研究表明:嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性对微型桩的水平位移与内力有较大影响;随着锚索束的增加,桩身最大正弯矩及水平位移均不断减小,可通过增设锚索束达到控制桩身变形与内力的目的。

长春市某深基坑桩锚支护数值模拟分析

桩锚支护在深基坑工程开挖过程中具有较好的支护效果,使用有限差分软件FLAC3D6.0对深基坑进行各个工况的模拟具有重大意义。本文以长春某深基坑工程为研究对象,使用FLAC3D6.0有限差分软件进行三维建模,模拟基坑开挖过程中产生的地表水平位移、竖直沉降、坑底隆起以及围护结构的位移等,并做出总结。结果表明,围护结构在各工况下的水平位移随着距基坑边缘距离变大而逐渐减小;基坑水平位移最大值一般出现在基坑中间;坑底隆起值的变化与围护结构水平位移呈正相关;模拟值与实测值的变化规律基本相同,验证了本次模型的准确性。

桩锚支护越冬基坑抗冻胀性能分析

为解决桩锚支护基坑的越冬问题,对该类基坑负温状态下的抗冻胀性能进行研究。可为实际工程中越冬基坑的桩锚支护设计提供参考依据。考虑锚杆的预应力、层数、间距及锚固长度等因素,运用FLCA^(3D)软件在负温状态下对桩锚支护基坑进行数值模拟研究,分析桩侧冻胀力及桩体位移的变化规律。结果表明锚杆预应力对基坑桩体水平位移影响非常显著,随基坑深度增加,桩侧冻胀力呈增-减-增趋势;随锚杆层数增加,桩体水平位移逐渐减小,而桩侧冻胀力逐渐增大;锚杆竖向间距对桩体的水平位移及桩侧冻胀力的影响较小,桩体水平位移越小,桩侧冻胀力越大;桩体水平位移及桩侧冻胀力随锚固长度增加而增大。研究结果可为桩锚支护越冬基坑的设计和应用提供指导和参考。

桩撑式支护基坑通用弹性地基梁分析法

弹性地基梁法常用于模拟分析桩撑(锚)式支护基坑在开挖、设撑等施工工况中变形和受力的变化。目前利用该方法对某工况基坑分析时,首先要将整个支护桩在支撑处划分为若干个桩段,然后利用相邻桩段交界处的位移连续条件和受力平衡条件,推导出相应的待定参数方程,之后再利用求出的待定参数分析支护体系(基坑)的变形和受力。由于不同施工工况对应的支撑数和桩段数不同,因此该方法必须根据不同工况重新推导各自的参数方程,从而导致计算过程繁杂,难以形成通用计算公式和方法,也不易编程等问题。通过将支撑与桩段归纳为3种基本连接形式(即支撑分别相连于桩顶、相邻两桩段之间和坑底),本文建立了相邻两个桩段间待定参数的递推公式,进而推导出了适用于内支撑和锚索支撑形式、任意支撑道数、开挖或设撑工况的通用待定参数方程。该方程仅含4个参数,远少于现有方法且易于求解。文中算例结果验证了本文方法的合理性和可行性。

复杂条件下超深基坑三排桩锚索坑内支护设计及施工

基于星河雅宝四A地块项目设计应用了一种三排桩锚索坑内支护结构,根据其特点针对性地建立了相应的模型,并进行了支护结构抗倾覆稳定以及抗滑移分析计算。经现场实践,其各项监测数据均满足设计要求,应用情况良好,为复杂条件下超深基坑因周边环境影响提供了一种坑内支护的设计形式。

锚索抗滑桩加固边坡震害机理分析

锚索桩板墙具有优良的抗震效果,以往研究集中于边坡位移、锚索应力和抗滑桩的变形,很少从边坡内部监测地震波入手研究,难以在时频域内清楚地表征边坡内部的损伤特征。基于此,文章设计并完成几何相似比为1∶10的大型振动台试验,结合Hilbert-Huang Transform(HHT)方法,对锚索桩板墙加固边坡进行边坡损伤诊断和震害机理研究。结果表明:边坡破坏从滑面开始,随着地震峰值加速度的增大,坡面产生破坏的时间早于坡体内部,并逐步向低高程发展;锚索桩板墙可以充分发挥锚索对地震力的传递与抗滑桩对地震力的耗散作用,靠近锚索抗滑桩一侧坡体破坏滞后于远离抗滑桩一侧,且靠近锚索桩板墙一侧土体整体性明显更好;HHT方法边际谱特征频率和特征幅值可以清晰表征坡体损伤过程,基岩与坡体之间存在动力响应不连续带,即为设计滑面位置。这为进一步认识地震波在坡体内的传播机理,研究边坡的破坏过程提供理论依据。

杂填土地层深基坑微型桩-锚-撑组合支护体系受力特性原位试验

为深入研究杂填土地层深基坑桩-锚-撑组合支护体系受力特性,依托青岛市某深基坑工程开展微型桩-锚-撑原位试验,分析不同开挖工况下双排微型钢管桩桩身弯矩与预应力锚索轴力的演化规律,揭示该支护体系下前、后排桩的受力性状、预应力锚索应力分布特征,探讨邻近建筑物、基坑暴露时间及钢支撑拆除对该支护体系内力的影响。研究结果表明:1)在基坑开挖过程中,前排桩在受力中起主导作用;当开挖至基底时,桩身最大正、负弯矩极值呈现增大趋势,且极值点不断下移,开挖面以上桩身弯矩均呈正“S”型分布。2)开挖深度增加引起开挖面上、下1.0 m范围内桩身弯矩显著增大,前排桩桩身的反弯点分别位于钢支撑下方0.5 m、开挖面位置。3)在开挖过程中,锚索轴力沿埋深方向呈现减小趋势,锚固段前端1.5 m之后的轴力基本不变或呈微小波动。4)锚索锚固段应力高度集中在锚固段前端4.0 m以内的区域,约为锚固段长度的44%,锚固段末端基本未产生轴力,可对该段长度进行优化处理。5)邻近建筑物对微型钢管桩桩身受力影响较小;随着基坑暴露时间增加,桩身弯矩呈微小增长趋势;钢支撑拆除后,前排桩的弯矩变化集中在0.38H~0.96H(H为基坑开挖深度)。6)桩-锚-撑组合支护体系能够较好地限制基坑变形,选择合理的支撑预应力是该类基坑设计的关键。

桩锚结构在市政既有高边坡改建加固中的应用研究

结合福州市某道路既有高边坡改建加固的工程实例,分析既有边坡改建加固的不利因素,探讨桩锚结构在既有高边坡改建加固中的运用。结合数值模拟方法,采用强度折减法,对边坡施工各阶段的稳定性进行分析,预测周边建(构)筑物变形,并根据计算结果,提出成桩工序优化等措施。监测及实际施工效果显示,桩锚结构在此工程中得到了良好的应用效果。

大型顺层岩石滑坡中多排组合桩加固的数值模拟

为探究大型顺层岩石滑坡的合理支挡防护体系,确保顺层岩石边坡的稳定性,依托安徽某顺层滑坡,基于数值模拟方法,分析“单排桩(或锚拉桩)+h型抗滑桩”联合支护体系在顺层岩石滑坡中的受力特性及支挡防护效果.研究表明:滑坡下部临空面支护与中上部h型桩相关联,且下部单排桩增设锚索后,h型桩桩顶和滑面处位移明显降低,最大弯矩和剪力也有下降趋势;h型桩连梁与后排桩的连接方式对抗滑桩的支护效果有一定影响,固接效果强于铰接,连梁固/铰接方式对h型桩支护结构的弯矩和剪力的影响远小于单排桩有无锚索对h型桩支护结构的弯矩和剪力的影响;“单排桩(或锚拉桩)+h型抗滑桩”联合支护体系可以有效地控制坡体变形,确保顺层滑坡支挡后处于稳定状态.研究成果可为此类岩石边(滑)坡的支护治理提供一定的理论借鉴.

长春市某越冬深基坑桩锚支护结构受力变形监测与数值模拟对比分析

为研究季节性冻土区基坑越冬过程中基坑支护结构受力与变形变化规律,利用Midas GTS NX对长春市某深基坑的桩锚支护结构的周边地表沉降、支护桩水平位移及锚索轴力进行数值模拟,并基于实际监测数据与数值模拟结果进行对比分析。结果表明:数值模拟及监测均表现出冻胀作用会使基坑周围地表沉降变小且越冬结束后会出现融沉现象;基坑支护桩桩身水平位移最大处约在距离桩顶2/5处且大于冻结前的位移;各层锚索轴力值均大于基坑冻结前;冻融作用会对基坑变形产生不可恢复的影响。

钢管锚锭板桩全回收基坑支护技术及模型试验研究

针对基坑工程中支护构件浪费、环境污染及高碳排放等问题,提出了一种钢管锚锭板桩全回收基坑支护技术并介绍了支护体系构成。实施了钢管锚锭板桩的大型缩尺模型试验,通过摄影测量技术(DIC和DPA)对模型板桩和管桩在开挖过程中的位移进行观测。试验结果表明:管桩的锚拉作用对结构位移具有显著限制,增加单位宽度的管桩数量可有效减小位移,管桩顶部的最大位移与开挖深度呈双曲线关系。模型地基的变形破坏形式与管桩至板桩的间距有关,随间距增加,破坏形态从管桩与板桩同时倾斜,到沿管桩位置滑裂,再到沿与板桩距离开挖深度约1.5倍的地表滑裂。开挖过程中管桩与板桩的桩顶变形基本协调一致。

框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性

针对山岭隧道洞口在降雨、地震等因素作用下易产生变形破坏的问题,以某处采用框架梁与锚索桩板墙支护的隧道洞口边坡工程为原型,开展几何比尺为1∶50的振动台模型试验,分析降雨后地震作用下边坡的动力响应特性及失稳变形规律。结果表明:降雨后坡面无局部破坏,地震作用下边坡的破坏过程可归纳为坡顶张拉破坏—坡脚剪切溃裂—坡体整体失稳滑动,边坡表现为张拉—剪切型破坏;边坡峰值加速度放大系数呈层状分布,“高程效应”与“趋表效应”显著,均随输入正弦波频率、幅值的增加而增大;边坡土体峰值应变分布与坡体滑动破坏面较吻合;桩体锚索轴力与输入正弦波频率、幅值呈正相关,强震作用下锚索轴力增幅显著;桩后峰值土压力近似呈三角形分布,桩体嵌固段内桩土压力最大;桩体弯矩呈“b”型分布,嵌固段内桩体峰值弯矩最大,抗震设计中应注意验算其抗弯强度;桩后土压力与桩体加速度FFT谱幅值主要集中于低频段,结构动力响应主要受地震波低频段部分影响。

渐进式滑坡锚索抗滑桩预应力张拉值计算

依据渐进式滑坡蠕变特点,现有锚索抗滑桩计算模型针对渐进式滑坡桩–锚–土三者相互作用过程考虑较少。针对这一问题,将渐进式滑坡缓慢失稳的变形特征和预应力锚索抗滑桩从空载到满载动态工作过程相结合,利用Winkler弹性地基梁理论,优化了锚索抗滑桩桩–锚变形协调条件,考虑桩后土压力渐进变化过程,构建不同工况桩–锚–土协同工作的计算模型,推导了预应力锚索抗滑桩施工阶段初张拉值的计算方法。结合工程算例和有限元软件数值模拟结果,为获取较高精度的计算数值,采用MATLAB软件编译程序进行计算分析。结果表明:1)渐进式滑坡“稳定–蠕动–失稳”阶段性变形特点决定了预应力锚索抗滑桩“空载–加载–满载”三阶段桩–锚动态内力变形过程,明确了各阶段桩后可能存在的土压力模型,单纯进行满载阶段锚索拉力设计不符合渐进式滑坡实际作用机理,进一步证明施工阶段锚索预应力张拉值设计的重要性;2)渐进式滑坡推力由尚未产生的初始空载阶段至完全作用的满载阶段,两阶段并非互相独立存在,二者通过桩–锚变形协调条件相互作用,表明了施工阶段抗滑桩预应力张拉力值大小受满载阶段桩锚内力及变形大小的影响;3)依据渐进式滑坡锚索抗滑桩动态内力变形过程,保证抗滑桩受荷段和锚固段内力大小均衡相等,优化了满载阶段全桩弯矩平衡设计原则,确立了以静止土压力作为施工阶段预应力张拉值设计标准,对比表明,此计算方法优于其余4种现有算法,同时有限元数值模拟结果与本文算法贴合度较高,进一步验证了此计算方法的合理性和可靠性。研究成果可为渐进式滑坡中预应力锚索抗滑桩的设计计算和施工提供技术指导。

川西南公路顺层边坡桩锚组合结构加固分析——以乐西高速ZK9+352~ZK9+526边坡为例

四川盆地周边地形地质条件复杂,公路建设中顺层边坡的工程病害频现。通过工程地质分析和数值计算,基于滑面损伤本构模型,研究顺层边坡支护前后滑面应力、位移和边坡稳定性系数等特征量的变化规律,验证桩锚组合结构加固顺层边坡的适用性;通过施工全周期现场监测,获取边坡深部位移、抗滑桩桩身弯矩和锚索应力的时效特征。结果表明:开挖扰动下顺层边坡具渐进性失稳破坏特征;自坡脚沿滑面向后缘,位移呈指数型平滑递减,剪应力先增大后降低,滑面损伤变量自剪应力峰值位置开始同频衰减;采用桩锚组合结构加固顺层边坡后,滑面位移最大值降低88.62%,最大损伤变量降低84.75%,稳定系数提高25.20%;坡体深部位移、抗滑桩桩身弯矩、锚索应力等监测验证了桩锚组合结构加固的有效作用。