大面积基坑多级支护理论与工程应用实践

大面积基坑采用常规钢筋混凝土水平支撑时,其水平支撑造价高、施工工期长,且拆除后会产生大量固体废弃物。发展了系统的大面积基坑多级支护方法,对其破坏机制和设计方法开展了研究。当围护结构内侧的反压土宽度不足够大时,采用多级支护取代宽度较大的反压土,可有效控制基坑围护结构变形。当两级支护之间宽度较小时,多级支护的工作机制和破坏机制近似于异形重力式挡土墙,可产生整体式破坏(包括整体倾覆、整体失稳等);而随着多级支护之间的宽度增大,土体的破坏面可进入多级支护的围护桩之间的土体,并使多级支护桩的破坏产生相互关联的影响;当多级支护的宽度足够大时,多级支护可产生各自独立的破坏。工程应用实践表明,条件适当时,多级无支撑支护可取得较好的经济效益并节省地下工程工期。

基坑多级支护破坏模式研究

基坑多级支护结构随着两级支护间距离B的增加可以分为3种主要的破坏模式,即整体式、关联式和分离式。采用抗剪强度折减法对多级支护达到分离式破坏模式的条件进行了研究,分析了土体强度及第一级支护结构长度L_1和第二级支护结构长度L_2三个主要参数对分离式破坏临界宽度B_(分离)的影响,为了反映土体强度的影响,引入了"独立安全系数比R_(fos)"(即两级间距离无限远时各自安全系数的比值)。计算结果表明,B_(分离)随着R_(fos)的增加而减小,当R_(fos)较小时多级支护结构的破坏模式只存在整体式和分离式,B_(分离)可以根据基于极限分析上限理论的简化算法求得,当R_(fos)超过一定数值B_(分离)达到下限分离式破坏临界宽度,下限分离式破坏临界宽度与两级支护中稳定安全系数较低一级的破坏面宽度一致;B_(分离)随着L1的增加而近似线性增加,B_(分离)随L_2的变化分为两部分,当R_(fos)较小时B_(分离)随L_2的增加而增加,当R_(fos)较大时B_(分离)随L_2的增加而减小。

考虑坑中坑的超深基坑多级支护的设计与实践

敞开式开挖条件,不仅利于工期要求,节约造价,还符合"节能减排"的可持续发展理念,由此在周边环境较宽松的情况下多级支护设计概念开始引入深大基坑工程的设计。在武汉中心工程中,由于建筑功能需求,基坑开挖深度深浅不一,产生了多级基坑现象,提出了"分段支护、分级支护、分期支护"的多级柔性支护设计和施工方案。同时,采用规范方法和有限元法就坑中坑单级支护系统和坑中坑与外围主坑形成多级支护系统的稳定性和变形进行了分析,并验证了外围主坑多级柔性支护和坑中坑悬臂支护的整体设计方案的可行性。应用结果表明,多级无支撑柔性支护可以取得较好的社会效应和经济效益,并且节省地下工程工期。

天津软土地区深基坑多级支护结构变形的参数分析

深基坑无支撑多级支护结构是一种适用于软土地区大面积深基坑的新型支护技术,不仅可以很好地约束支护结构的变形,而且取得了较好的经济效益。基于天津市某基坑工程实例,采用大型通用有限差分软件FLAC3D对深基坑多级支护结构进行了数值模拟分析,并分析了第一级支护结构长度、两级支护间距离、两级开挖深度比以及第一、二级支护结构的倾角的参数变化对第一级支护结构的最大水平位移的影响。研究结果表明,基坑的第一级支护结构的最大水平位移随着第二级支护结构长度的增加、两级支护间距离的增大以及第一、二级支护结构的倾角的增大而减小,其中两级支护间距离和第一、二级支护结构的倾角对位移影响显著;开挖深度比H1/H2对变形的影响与两级支护间距离B和第二级支护结构长度L2有关。

多级支护边坡屈服加速度及因素敏感性分析

基于拟静力法,结合塑性极限分析上限定理和强度折减技术,推导了桩板式挡墙与二级锚杆挡墙支护高边坡地震作用下的水平屈服加速度系数的上限解,分别计算了多级支护结构总高度、边坡平台宽度、土的抗剪强度折减系数、桩板墙桩侧土压力分布经验系数、锚杆挡墙倾角、锚杆轴力及倾角等因素下,多级支护边坡的水平屈服加速度系数的临界极限值。根据正交分析法,给出了地震条件下基覆边坡水平屈服加速度系数影响因素的敏感性顺序。研究表明,多级支挡结构高度和锚杆轴力敏感性较大,而锚杆倾角、桩侧土压力分布经验系数和边坡平台宽度的敏感性较小。锚杆倾角、锚杆挡墙倾角、边坡平台宽度、桩板墙抗力及桩侧土压力分布形式的选择等,对水平屈服加速度系数的影响较小。土的抗剪强度参数中,黏聚力对水平屈服加速度系数的影响较小,而内摩擦角的影响较大。

多级支护结构体系土压力计算的研究

从经典库仑土压力计算理论入手,建立了深基坑多级支护土压力的计算模型,推导出深基坑多级支护土压力计算公式,结合工程实例得出:上级支护对下级支护有一定的影响,且与各级支护之间的开挖深度H和平台宽度W有密切的关系。

深基坑多级支护破坏模式及稳定性参数分析

对于软土地区的大面积、深开挖基坑,已经出现了一些采用排桩与排桩或重力式挡墙与排桩相结合的多级支护形式。采用有限元分析了双排桩与单排桩组成的多级支护形式的破坏模式及破坏机理,并对单排桩桩长、两级支护结构间的水平距离以及两级开挖的深度比等对基坑稳定性的影响进行了参数分析。研究结果表明:当两级支护之间距离不变时,单排桩桩长达到一定数值后对多级支护结构的抗倾覆稳定性影响较大;两级支护结构间的水平间距相对于开挖深度较小的时候,两级支护间距离的变化对基坑抗倾覆稳定性有较大影响;而开挖深度比的影响与两级支护间的水平距离大小有关。

一种多级支护体系在桥墩深基坑中的应用

武汉新河大桥11号桥墩施工作业平台尺寸较小,基坑周边水土压力不均匀且土质条件差,为方便基坑支护和预留桥墩施工空间,比较多种基坑支护设计方案的技术、经济和工期,综合分析对比,因地制宜采用一种外部为双排钢板桩结合桩间填土形成围堰体;中间采用高压旋喷桩加固过渡区形成施工道路;内部采用双排桩结合三道钢管对撑和角撑的桥墩深基坑多级支护体系。通过协同计算模块进行三维计算,借助Plaxis 2D有限元计算分析,得出过渡体系加固区对软土起到了很好的变形控制效果。结合桩体沉降和水平位移监测的结果,证明多级支护体系设计的优越性,减少了支撑的受力,控制了软土的变形,方便了大型机械在滨江软土狭窄地区的施工,为同类工程提供参考。

双排桩与单排桩组合多级支护结构在深大基坑中的应用

以武汉凯德广场古田项目深基坑工程为例,通过多级支护结构的使用,减少了大面积设置内支撑,有效地解决了传统桩撑支护造价高、工期长、拆除支撑产生的固体废弃物易造成环境污染等多方面的问题,取得了较好的社会经济效益。使用有限元方法对双排桩与单排桩组合多级支护结构深基坑的变形特性和稳定性进行了深入的研究。结果表明:基坑整体稳定性和破坏形式与2级支护间距有较大关联,与留土高度关系不大;随着2级支护间距的增大,第1、第2级支护最大水平位移均减小,基坑整体稳定性提高;随着留土高度的增大,第1级支护最大水平位移减小,而第2级支护最大水平位移增大,基坑整体稳定性基本不变。最后提出了整体式破坏、关联式破坏和分离式破坏分别对应的2级支护间距范围,可为基坑设计计算提供借鉴。

多级支护体系在深基坑中的应用

以昆明市山河云镜项目深基坑为研究对象,设计优化支护方案,采取三级支护桩+锚索组成的多级支护方式,使用MIDAS gts nx软件对设计方案进行有限元计算,对开挖过程中土体变形及支护结构可靠性结果进行研究,计算结果同监测数据进行对比分析。结果表明,三级支护桩联合锚索支护相较于单独三级支护桩支护更能确保基坑稳定性,单独三级支护桩支护方案无法确保支护结构刚度和强度;与锚索组成的多级支护能有效控制基坑变形,且锚索长度穿过滑移带,锚索受力较大;为昆明地区周边环境复杂的较大基坑提供一种多级支护设计体系,为相关工程提供参考。

斜桩与直桩组合多级支护在基坑中的应用与分析

在一些基坑工程中,倾斜桩和多级支护可减少或消除支撑使用、增加悬臂支护深度,其工程应用也越来越受到重视。基于工程实例,通过数值计算方法,开展斜-直组合多级支护结构分级高度比、平台宽度、倾斜角度等参数对支护效果的影响分析。结果表明:斜桩与多级支护进行组合可显著控制位移,且最大位移主要发生在第1级支护,当第1级支护高度较小时,宜选择一直一斜多级支护结构,反之,则宜选择一斜一直结构;平台宽度<1倍挖深时,增大平台对减少桩身位移更显著,平台宽度>1倍挖深时,桩身位移随平台宽度变化趋于平稳;第1级为斜桩的多级支护在0°~5°倾角范围内桩身位移随倾角增加降幅更大,其后变化趋于均匀;支护空间较大且位移控制要求更严时,可采用二斜多级支护结构。工程计算与实测结果表明,斜桩与直桩组合多级支护效果良好。

基坑工程倾斜桩及其与多级支护组合的工程应用研究

为避免支撑的大量使用造成的资源浪费和固体废物污染,开展了倾斜双排桩、倾斜桩多级支护的工程应用研究。采用数值计算方法研究支护结构内力、位移及整体稳定性,通过对比分析及监测结果验证,探讨倾斜桩及其与多级支护结构组合支护的工程特性。研究结果表明:倾斜双排桩及倾斜桩多级支护相较于传统垂直双排桩,能显著减小基坑位移、提高整体稳定性安全系数,其中,倾斜桩多级支护平台设置连梁时,对于关联式破坏的分级支护具有更好的位移和稳定性控制效果;倾斜双排桩桩身弯矩显著小于垂直双排桩桩身弯矩,但弯矩形态较接近,分级支护平台取消连梁时,具有更小的桩身弯矩,工程应用中可采取结构措施,平衡位移、弯矩及整体稳定性间的关系;通过现场位移监测,倾斜桩支护结构位移总体小于垂直桩。

多级支护在软黏土地区排涝工程基坑中的应用

滨江水工建筑的基坑改造由于受施工空间限制和地下构筑物结构复杂的影响,施工换撑空间不足,需要减少内支撑的使用。上寮河泵站箱涵基坑周边情况复杂,为方便施工换撑和预留箱涵施工空间,选用了一种多段分级无内支撑支护方式。文章通过Plaxis 2D有限元计算分析,结合监测对比,得出结论:分段多级支护对软土变形起到了很好的变形控制效果,为工程提供参考。

多级支护非对称受荷基坑变形特性研究

采用多级支护施工方法可以减少基坑支撑数量,降低施工成本。单侧多级支护会导致基坑受力不对称,影响基坑变形特性,现有相关研究较少。依托武汉市某工程案例,在Plaxis软件中建立二维有限元分析模型,采用考虑土体效应变特性的HS本构模型,研究多级支护非对称受荷基坑的变形特性,并开展留台宽度、高度以及加固深度等关键参数分析。研究表明:多级支护使基坑产生非对称变形,围护结构发生远离基坑的位移;留土抵抗围堰变形的同时会增加基坑的不对称受力;两级支护间加固土深度对减小土体位移有显著作用,增加到一定深度后效果提高不明显。研究成果可为类似工程设计及施工提供参考。

大断面泥岩巷道多级控顶让压支护技术

针对大断面厚泥岩巷道出现底鼓、折帮和顶板下沉问题,以文家坡矿4105工作面运输巷为工程背景,采用现场实测、理论分析、数值模拟等方法,分析了该巷道破坏特征,考虑到“一次分区加强管控,二次补强”的支护方法,提出了“多级控顶让压支护技术”,详述了其支护原理,确定了支护参数,并进行了工业性试验。结果表明:最大顶板下沉量为119 mm,底鼓量为148 mm,最大两帮移近量为109 mm,说明该方案对4105运输巷道围岩变形控制效果较好。

动压共用尾巷多维多级让压支护技术研究

为解决动压共用尾巷的支护问题,针对山西潞安常村矿S6-7尾巷具体工程条件,在数值模拟和理论分析的基础上,确定了以多维多级让压支护理念为核心的尾巷修复加固方案,并进行了现场工业性试验。结果表明,新的支护方案提高了支护结构的整体承载力,有效控制了围岩变形,保证了动压共用尾巷的稳定和正常使用。

基坑分级支护的模型试验研究

对大面积基坑,条件适当时采用多级支护可以取消水平支撑,目前已经有一些应用。而针对多级支护工作机理的研究却相对较少。进行了大型模型试验,研究了两级支护间土体水平距离B及第二级支护桩桩长L_2这两个主要参数对多级支护变形、受力及破坏模式的影响。根据B的不同,多级支护存在整体式、关联式和分离式三种破坏模式,3种破坏模式的主要区别在于破坏面的范围及两级支护间土体的应力状态不同。第一级桩的桩顶位移及桩身弯矩分别随B的增加而减小,基坑稳定性增加。而L_2的增加会导致第二级桩转变为主要受力结构,即第二级桩承受更大的弯矩,两级桩桩身弯矩分配更加均匀,L_2的增加同样有利于减小第一级桩桩顶位移。

某大型基坑支护失稳的原因分析及其处理方案

通过某大型基坑多级支护局部开挖失稳的工程实例,介绍了在高含水率、深、厚的淤泥质的地质条件下,如何利用现有的条件对基坑失稳进行后处理,为今后类似的工程设计和施工提供一定的参考.

多级让压支护体系在软岩大变形公路隧道中的应用研究

基于让压支护技术理念,依托杜家山隧道工程,探讨多级让压不同让压点和让压量组合下围岩及支护结构响应变化规律,并对比多级让压支护与一级让压支护在各自最优让压点和让压量下的支护效果。结果表明,采用二级让压时,当让压点和总让压量一致,随着一级让压量减小,二级让压量增大,围岩的水平位移、拱顶沉降、最小主应力和塑性区均呈现先减小后增大趋势;当让压量保持一致,一级让压点增大,二级让压点逐渐减小,拱顶沉降、边墙水平收敛位移和围岩塑性区均先增加后减小,但变化幅度较小,围岩最小主应力值呈先减小后增大态势,因此围岩释放的形变能先增大后减小。当挤压型大变形隧道采用二级让压模式,让压量分阶段进行释放时,围岩释放形变能减少,支护结构能较好控制围岩变形,围岩进行充分应力重分布,二级让压围岩—结构受力变形相比一级让压更为均衡。

厚煤层条件下巷道应力冲击显现特征研究

针对厚煤层综放开采条件下煤层巷道围岩受应力冲击破坏严重的问题,基于板壳力学建立了巷道冲击破坏力学模型,分析了应力波传播过程中的巷道顶板冲击破坏主控因素。以斜沟煤矿23110泄水巷为例,采用FLAC^(3D)软件分析了应力波传递过程中的围岩动力响应特征,并选用了多级让压支护体系。结果表明:顶板梁结构发生冲击破坏的强度与围岩所受的应力与梁结构的长度呈正比,而与梁结构的强度、厚度、应力波传播距离呈反比。应力的“水波”传递特征会导致围岩的多级破裂,同时在顶板表现为拉伸破坏,在帮部产生剪切破坏。多级让压支护体系可以通过梯次让压增加锚索抵抗循环应力冲击的能力。经验证,优化支护后的围岩变形量得到有效控制,支护体系处于均匀受力状态,相比于原有支护体系具有更可靠的长期稳定性。