微型钢管桩重力式水泥土挡墙力学特性及其影响因素研究

摘要

在深厚软土地区的基坑支护工程中，重力式水泥土挡墙因具有挡土、施工进度快和经济性强等优点而得到广泛运用。挡墙中插入的微型钢管而形成微型钢管桩重力式水泥土挡墙支护型式近些年在广州软土地区得到了成功的运用和推广。插入的微型钢管桩可以有效地控制挡墙的水平位移、减小坑外地表的沉降和坑底土体的隆起，从而能够提高基坑支护工程的整体稳定性;有效地减小挡墙的宽度和嵌固深度，具有良好的经济性和广泛的工程适用性。目前很少有人对微型钢管桩重力式水泥土挡墙支护体系进行深入的研究，对微型钢管桩插入挡墙中时支护结构的力学特性及其影响因素的认识和研究几乎处于空白状态，因此对这种支护结构进行深入系统的研究显得尤为重要。
　　本文首先对微型钢管桩重力式水泥土挡墙组合支护体系的产生背景、研究理论和工程运用进行总结;结合广州软土地区的水文地质分布情况和软土的力学特征，对软土地区的基坑设计理论、施工实践和土压力计算模型进行了探讨。其次，根据微型钢管桩重力式水泥土挡墙的总体布置原则，从施工机械选型、平面和截面布置型式等方面来探讨其适用范围和经济性;结合重力式水泥土挡墙变形及破坏机理，给出其力学指标的选取原则、支护结构的水平位移、挡墙宽度、嵌固深度、地表沉降和坑底隆起等的计算公式。最后，运用有限元软件对这种组合支护型式进行三维模拟分析。主要研究了不同条件下微型钢管桩重力式挡墙对基坑变形和支护结构内力的影响，探讨了微型钢管桩的插入长度、外径、沿基坑方向的布置间距、挡墙的嵌固深度、被动区土体加固和挡墙刚度等因素对基坑变形和支护结构内力的影响规律，得出墙顶最大水平位移、坑外地表最大沉降、微型钢管桩最大内力和挡墙墙身应力随各因素变化而变化的具体规律。结合工程实例建立三维有限元模型，将有限元计算得出的不同开挖阶段下支护结构位移变化规律与现场监测数据进行对比分析，验证了三维模型参数选取的合理性并为类似工程提供有价值的参考。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的依据和意义

1．1．1 课题研究的依据

1．1．2 研究的目的与意义

1．2 研究现状及存在问题

1．2．1 水泥土挡墙在国外及国内的发展历史及现状

1．2．2 重力式水泥土挡墙的研究现状

1．2．3 重力式水泥土挡墙+微型钢管桩复合支护结构研究现状

1．2．4 存在的问题

1．3 本文的主要研究工作

1．3．1 本文主要研究内容

1．3．2 本文拟采用的研究方法

1．4 本文研究的创新点

第二章 广州软土地区基坑工程设计理论及施工实践

2．1 广州软土地区水文地质分布情况及软土力学特征

2．1．1 广州软土地区水文地质分布情况

2．1．2 广州软土力学特征

2．2 软土地区土压力的计算

2．2．1 土压力计算理论及其适用条件

2．2．2 考虑孔隙水压力和地下水渗透稳定性分析

2．2．3 支护型式的设计原则

2．3 本章小结

第三章 微型钢管桩重力式水泥土挡墙力学特性研究

3．1 支护型式的总体布置

3．1．1 平面布置型式

3．1．2 截面布置型式及其适用范围

3．1．3 施工设备选型

3．2 重力式水泥土挡墙的力学指标

3．2．1 水泥土挡墙的密度

3．2．2 水泥土挡墙的强度(无侧限抗压、抗拉、抗剪强度)

3．2．3 水泥土挡墙的变形模量

3．2．4 水泥土挡墙的渗透系数

3．3 微型钢管桩水泥土挡墙支护结构稳定性分析

3．3．1 重力式水泥土挡墙的嵌固深度

3．3．2 重力式水泥土墙的宽度

3．3．3 重力式水泥土挡墙正截面承载力设计

3．4 重力式水泥土挡墙基坑支护体系变形分析

3．4．1 墙顶水平位移计算

3．4．2 坑底土体隆起分析

3．4．3 坑外地表沉降分析

3．5 本章小结

第四章 微型钢管桩重力式水泥土挡墙有限元模拟分析

4．1 有限元法理论分析及计算方法

4．1．1 有限元计算的基础

4．1．2 本构模型的选取

4．1．3 基坑开挖的模拟

4．1．4 MIDAS／GTS有限元软件简介

4．2 有限元模型的建立

4．2．1 基本假定

4．2．2 模型的选取

4．2．3 施工阶段的模拟

4．3 基坑变形和支护结构内力的影响分析

4．3．1 不同施工阶段对基坑变形的影响分析

4．3．2 支护结构内力分析

4．3．3 微型钢管桩对基坑变形的影响分析

4．4 微型钢管桩长度对基坑的影响分析

4．4．1 微型钢管桩长度对基坑变形影响分析

4．4．2 微型钢管桩长度对支护结构内力的影响分析

4．4．3 前后排微型钢管桩长度对基坑影响对比分析

4．5 微型钢管桩间距对基坑变形和内力的影响分析

4．5．1 微型钢管桩间距对基坑变形的影响

4．5．2 微型钢管桩间距对支护结构内力的影响分析

4．6 微型钢管桩外径对基坑变形和支护支护内力的影响分析

4．6．1 微型钢管桩外径对基坑变形的影响分析

4．6．2 微型钢管桩外径对支护结构内力的影响分析

4．7 挡墙的嵌固深度对基坑变形和支护结构内力的影响分析

4．7．1 挡墙嵌固深度对基坑变形的影响分析

4．7．2 挡墙嵌固深度对支护结构内力的影响分析

4．8 坑底被动区土体内加固对基坑的影响分析

4．8．1 不同加固条件下基坑变形影响分析

4．8．2 不同加固情况下支护结构内力分析

4．8．3 相同加固面积对基坑影响的对比分析

4．9 挡墙弹性模量对基坑的影响分析

4．9．1 挡墙不同弹性模量对基坑变形影响分析

4．9．2 挡墙不同弹性模量对支护结构内力的影响分析

4．10 本章小结

第五章 工程实例有限元与实测值对比分析

5．1 工程概况

5．1．1 工程简介

5．1．2 地质条件

5．1．3 地下水概况

5．1．4 基坑支护结构选型

5．2 有限元计算结果与现场监测数据对比分析

5．2．1 有限元模型的建立

5．2．2 围护结构水平位移有限元计算分析

5．2．3 围护结构水平位移现场监测数据分析

5．2．4 墙顶沉降有限元计算分析

5．2．5 墙顶竖向沉降现场监测数据分析

5．3 本章小结

结论及展望

全文总结

研究展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢