大型市政工程深基坑支护设计优化与应用研究

市政工程深基坑支护设计优化多偏重于缩减构件尺寸和数量等直接成本,而忽视缩短工期带来的间接效益。以湖北省武汉市黄孝河CSO调蓄及强化处理设施深基坑项目为背景,详细阐明了从结构平面、支护体系、支撑体系和降排水等方面的优化思路,打破了传统“流程式”的设计思路,为深基坑支护创造敞开式作业条件,以便各专业施工作业,可从多维度节省工期,其产生的经济效益、社会效益和环境效益显著。

不平衡高差场地条件下软土基坑对撑支护设计分析

为了研究不平衡高差场地下软土基坑对撑支护方案,以珠海地区典型软土基坑为研究背景,利用Midas GTSNX有限元数值分析软件,针对3种支护方案进行数值模拟分析,得出了适合不平衡高差场的支护设计要点。研究表明:高差较大的软土基坑两侧土压力不平衡,对撑支护条件下深侧基坑向坑内位移较大,并可以引起浅侧基坑向坑外位移;坑内加固+桩外主动土加固的支护形式对基坑变形有明显抑制作用,若配合浅侧先挖的施工措施,对进一步控制基坑变形更有利;采用有限元数值分析软件进行不同支护方案的决策选型具有可行性。

斜撑桩承载力自检检测方法的应用对比分析

为提高斜撑桩极限承载力自检效率,提出了新的自检检测方法—–超快速维持荷载法(简称“超快速法”),结合工程实例对相同设计参数斜撑桩的“超快速法”与“快速法”Q—S曲线进行了对比分析;除此之外,对同一根斜撑桩采用“超快速法”与“快速法”先后检测的Q—S曲线进行了对比分析.分析结果表明:“超快速法”与“快速法”检测结果基本相近,两者偏差为0~8.7%;“超快速法”经验证可行且检测结果可应用于工程实际.

上海某黄浦江越江大桥桥墩基坑支护监测与数值模拟对比分析

目前绝大部分基坑支护设计采用二维软件进行整体计算,同时采用三维有限元软件进行重点部位分析。基于上海某黄浦江越江大桥桥墩的基坑支护监测数据,通过大型三维有限元软件ADINA,对支护结构常见的基坑周围土体沉降、围护结构边界水平位移、钢支撑轴力数据进行对比分析,结果表明:基坑周边1/3D范围、角点处、斜撑、长边中心位置围护桩为安全风险点,应加强防控措施,软件模拟结果趋势与实际趋势基本一致,可作为基坑支护选型、施工管理等的参考。

相邻基坑同步施工对围护结构受力变形的影响实例研究

相邻深基坑同步开挖施工对围护结构体系受力和变形的影响尚不明确。通过对同步施工的某建筑物深大基坑与相邻地铁车站基坑进行监测,对比分析了相邻部位和非相邻部位围护结构顶部位移、水平支撑轴力、深层土体水平位移、地表沉降以及地下水位等的变化。监测结果表明:(1)当车站基坑开挖深度较浅时,建筑基坑相邻部位桩因两侧土压不平衡导致桩顶向坑外侧移而竖向位移出现“上浮”现象,但是,当车站基坑开挖深度超过建筑基坑深度时,建筑基坑相邻部位桩桩顶水平位移转向坑内加剧发展而竖向位移出现“回落”现象;(2)受邻近基坑卸载影响,建筑基坑水平支撑轴力将减小;(3)两基坑间地表沉降大于非相邻部位,且地表沉降变化与桩顶位移和地下水位变化相关联;(4)相邻部位基坑壁深层土体水平位移有向坑外变形的趋势。

转体施工桥梁桩基内力的非均匀性及调控

为研究转体工况下桥梁承台处于单点受力模式时群桩桩基内力分配非均匀性及其影响因素,本文以跨襄北编组站转体施工斜拉桥为例,建立弹性支撑拉压杆模型计算桩基反力,分析承台厚度对桩基内力分配非均匀性的影响。建立承台-桩基有限元模型计算转体工况下桩基内力及分布规律,并与实测结果进行对比,研究柔性承台施加预应力对桩基内力分配的影响。结果表明:承台相对刚度系数大于4时,满足刚性承台要求,群桩内力相对均匀分布;当承台相对刚度系数小于等于4时,为半刚性或柔性承台,群桩内力表现为中心桩大于四周桩的非均匀性,且相对刚度系数越小,非均匀性越显著;对半刚性及柔性承台合理施加纵横向预应力,能够有效改善群桩内力分配不均匀性的问题。

基于HSS模型的深基坑开挖对邻近桥桩的影响分析及变形控制研究

基坑开挖引起的变形会对周围建(构)筑物造成不利的影响。在前人研究基础上,确定了济南地区黄河冲积地层小应变硬化土模型(HSS模型)参数的取值方法。以济南黄河大桥改扩建工程项目为背景,基于HSS模型,通过三维数值模拟,分析了新建大桥桥墩深基坑开挖对邻近既有桥梁桩基础的影响,并对支撑预应力和隔离桩的变形控制作用进行参数分析。计算结果表明,对土体采用HSS模型以及合理的参数取值能够有效模拟基坑开挖引起的变形。变形控制措施研究表明,角撑施加预应力对邻近桥桩变形影响不大,但会造成基坑围护结构顶部反向变形的不利后果。隔离桩对邻近桥桩同时存在阻隔作用和牵引作用,设计时应避免牵引作用的不利影响,隔离桩的最优方案为宽7.2 m,桩长25 m。

同步同心式斜撑桩侧摩阻力现场试验研究

依托实际工程,对同步同心式斜撑桩侧摩阻力进行现场载荷试验研究。分析了各级荷载作用下斜撑桩的应变、轴力、桩侧摩阻力的性状,对比了斜撑桩钢管带肋与不带肋的受力特性。试验结果表明:斜撑桩上部的侧阻力先发挥作用,其工作特性与摩擦桩相似;试验桩极限承载力约为1400 kN,粉土层中水泥土-桩周土界面侧摩阻力极限值约为80 kPa,此时对应的水泥土-钢管界面侧摩阻力约为165 kPa;内芯钢管和水泥土侧摩阻力分布规律一致,其比值约为水泥土和钢管外径之比;钢管带肋与否对斜撑桩受力特性的变化几乎没有影响。

一个采用单道环撑支护方案的深基坑工程案例

启东地区地表向下约18m淤泥质粉质黏土层与粉土、粉砂层交互沉积,再向下至55m左右主要为淤泥质粉质黏土。在此地层条件下,开挖2层地下室基坑,通常采用排桩+两道内支撑的支护方案。由于支撑工作量大,影响施工操作,导致工期长、造价高,因此需要优化与改进支护方案。本文结合基坑工程实例,对比常规支护方案与环撑支护方案后,考虑采用钻孔灌注桩+单道钢筋混凝土环撑的支护方案。实践结果表明,该方案在满足基坑稳定性要求和变形控制要求的基础上,既能提供开阔的施工空间,显著改善地下工程的施工作业条件,使挖土、运土及地下结构便捷施工,又能大幅减少支撑结构的安装、拆除、土方开挖及主体结构施工的工期和支护造价。

兰州地铁世纪大道站基坑支护监测与数值模拟

研究目的：兰州地区的工程水文地质条件特殊，关于地铁深基坑的桩撑支护设计、施工监测及数值模拟研究尚属空白。本文以兰州地铁世纪大道站基坑为例对桩撑支护结构设计为例，对桩顶水平位移、桩体水平位移、内支撑轴力和地表沉降监测结果进行研究。研究结论：（1）基坑开挖初期，桩身呈向坑内变形的前倾型曲线，随着基坑的开挖和支撑的安装，桩身变形曲线逐渐向“）”形变化，最大水平位移发生的位置也随之下移，一般出现在桩体中部的4—10m范围，约为坑深的1／3—2／3；（2）基坑开挖过程中，实测圈梁水平位移一般为5～10mm，远小于规范30mm控制值；（3）桩底附近仍有少量位移，说明将支护桩嵌固段作为固定端的设计方法有待完善；（4）地表沉降和水平位移大小分布是对应的，基坑周边土体呈现沉降一隆起一沉降一隆起一沉降状态，最大地表沉降约位于基坑外侧1／3倍坑深处；（5）采用有限元软件ADINA模拟基坑开挖过程，将有限元计算值与实际监测结果进行对比，发现二者比较接近，发展变化趋势几乎一致，说明有限元分析的结果可靠，桩撑支护结构支护效果理想；（6）本研究成果可为类似深基坑工程的设计和施工提供借鉴。

某地铁深基坑桩撑支护结构施工力学行为分析

研究目的:特殊红砂岩地层严重影响兰州地铁车站深基坑支护施工安全,因此研究特殊红砂岩复杂环境下深基坑施工力学行为迫在眉睫。本文以兰州地铁1号线东方红广场站深基坑桩撑支护结构为工程背景,依据现场监测结果和数值计算模型对比分析了围护结构、周边建筑物及地表沉降的位移变化规律。研究结论:(1)数值模拟结果和现场监测结果对比分析表明,两者的结果相近,变化趋势基本一致,说明运用生死单元法对基坑开挖支护分析的结果可以为深基坑的设计与施工提供有效指导;(2)现场监测桩顶水平位移最大值为10.51 mm,小于30 mm的控制值,这说明咬合桩+钢支撑的支护结构可以有效地控制兰州特殊红砂岩地层基坑位移;(3)随着基坑开挖和支护的持续进行,桩身的前倾型变化曲线逐渐成为"鼓肚"形,最大测斜值为10.56 mm,发生于2/3倍的开挖深度附近;(4)随着基坑的不断开挖,周边建筑物距离车站越远,其竖向沉降位移越小;(5)基坑周边的最大沉降发生于距离基坑边缘1/3倍坑深处;(6)本研究成果可为兰州地区类似特殊地层地铁深基坑的设计与施工提供指导。

H+Hat组合型钢板桩在基坑工程中的适用性研究

由于组合式钢板桩能重复应用于基坑支护工程中,较之桩支撑支护方案,其经济性较优。以某城市建筑基坑工程为例,采用极限平衡法和数值模拟对H+Hat组合型钢板桩在基坑工程中的应用进行了计算和分析。从技术经济性、施工速度、施工复杂程度、适用范围以及环境影响等方面将该组合式钢板桩与传统的桩支撑支护方案进行对比研究。结果表明,H+Hat组合型钢板桩应用于城市基坑工程是安全、可行的,可供基坑支护方案比选时参考借鉴。

柱下九桩厚承台承载性能试验研究

为了进一步研究在多排多列桩情况下桩基厚承台的承载性能,共制作了4个缩尺比例为1∶10的九桩钢筋混凝土承台模型试件并进行了破坏性加载试验。对荷载与位移(挠度)关系、承台侧表面混凝土应变特征及承台内部应力进行了系统地分析,并将试验所得破坏荷载与目前常用设计方法进行比较分析,揭示了9桩厚承台及一般多排多列桩厚承台符合空间桁架模型的受力特点,即配置在桩顶范围内的钢筋充当拉杆,桩顶至柱下区域的混凝土作为斜压杆。加载初期,承台处于受弯状态,混凝土裂缝通常在弯矩较大区域的承台底部最先出现,并随荷载增加沿水平方向及竖向发展。随着裂缝的出现,底部受拉区混凝土逐渐退出工作,当加荷值达到破坏荷载的50%以上后,钢筋拉杆作用增强,桩径范围内各根钢筋应力沿长度方向的变化很小,在设计中可认为近似相等,空间桁架体系逐步形成,距桩中心连线0.75倍桩径范围内的钢筋能充分发挥拉杆作用。

兰州地铁车站深基坑支护选型分析与数值模拟研究

为了积累兰州地铁车站深基坑设计和施工经验,依托兰州地铁某车站对常用支护方案进行对比,选定钻孔灌注桩加钢管内支撑方案,同时,采用FLAC^(3D)软件,对基坑典型断面的施工过程进行三维数值模拟分析。结果发现:基坑开挖初期,桩顶水平位移较大,沿桩身呈前倾型分布;随着基坑开挖,位移较大部位不断下移,钢管内支撑施工后,支护桩的水平位移曲线呈")"型分布,最大值大约位于距离坑底1/2~1/3倍坑深处;坑边最大沉降点距离坑边一般约为桩体外侧5 m^10 m的区域,沉降影响范围约为1.5倍~2倍基坑深度,后续车站支护可采用适当优化的钻孔咬合桩+钢管内支撑的方案;对于兰州地区基坑降水工程,当降深不是很大、水文地质条件相对简单时,一般可采用坑外管井降水加坑内明排措施。

基坑支护的混凝土芯搅拌桩有限元分析

介绍了一种新型的基坑支护形式,即混凝土芯水泥土搅拌桩,它是一种融合了复合地基和桩基础优点的地基处理方法,是一种结合围护挡土结构和防渗止水帷幕功能于一体的支扩结构。笔者还采用有限元方法分析了基坑支护中的混凝土芯水泥土搅拌桩的位移大小分布和方向分布、应力大小分布和方向分布、塑性区的分布和临空面的水平位移。分析结果表明,采用门型结构的混凝土芯水泥土搅拌桩进行支护,既安全可靠,又经济可行。

厚承台受力机理研究

为揭示厚承台的传力机理和破坏形式,通过对4个1∶5比例的六桩厚承台的模型试验研究与三维非线性有限元ADINA的后处理研究,指出中国建筑桩基技术规范JGJ94-94与美国钢筋砼房屋建筑规范ACI318-02规范中,承台以弯曲强度进行配筋计算的设计方法之不足,揭示出厚承台的破坏模式是冲切破坏,传力机理是以带有主要单向压应力的砼区域作斜压杆,桩顶区域的纵筋作拉杆的空间桁架.

带水平支撑长短桩组合排桩工作性状模型试验研究

针对带水平支撑的长短桩组合排桩,在砂土中进行了11组模型试验。在模拟开挖过程中对等长排桩以及长短桩组合排桩的桩身应变和桩身位移进行了测量。对比了相同桩距下等长桩与长短桩组合排桩在不同开挖深度下的桩身应力,以及在不同外加水平荷载下的桩身位移,并分析了长短桩组合排桩随开挖进行的桩身应变规律。研究结果表明,当长短桩中的短桩具有一定的插入深度时,在单点水平支撑条件下,不等长桩与等长桩排桩的水平位移相近,长桩比短桩分担更多的弯矩。条件适宜时,长短桩组合排桩的使用可节约一定工程造价。

桩基承台和筏板的空间桁架设计方法研究

基于桩基承台的空间桁架传力机理，进行了承台斜压杆应力场的模拟试验．分析了承台及其斜压杆承载力的影响因素，导出斜压杆承载力计算公式，并提出了桩基承台和筏板的空间桁架设计方法及建议．

内撑式支护结构内力、变形的性状分析

将内支撑式支护结构假设为带桩的框架结构，计算了其内力、变形，并对其性状进行了分析。重点对支护结构的刚度方程进行详细推导，并给出了相应子程序。通过算例对内支撑长度、刚度对支护结构内力与变形的影响进行了探讨。

钢纤维混凝土三、四桩承台空间拉压杆模型的研究

根据24个试件试验和非线性有限元分析结果,探讨了钢纤维混凝土三、四桩厚承台的破坏模式和受力机理。结果表明:钢纤维混凝土三、四桩厚承台的传力模型符合拉压杆模型(空间桁架模型),并由此提出了基于拉压杆模型破坏的承载力计算公式。