深基坑劲性桩预应力锚杆联合支护的分析研究

摘要

随着城市的发展，城市建筑物愈加密集，可建设用地面积逐渐减少，地下空间的充分开发与利用已经成为一种必然趋势。目前基坑开挖的深度越来越深，基坑周边的施工环境越来越复杂，城市建筑密集，地下管网密布，基坑开挖边界往往距原有建筑距离较近。同时由于施工场地狭小，无法采取大尺寸灌注桩或地下连续墙等传统刚性支护，而柔性支护往往难以满足临近建筑对基坑变形的要求，基坑的稳定性也难以保证。基于以上问题，提出的一种用于岩质深基坑支护的劲性桩预应力锚杆联合支护方法，劲性桩的设置能够约束岩土体的变形、解决预应力锚杆柔性支护变形大以及开挖过程中产生的临空面问题。 本文对劲性桩预应力锚杆联合支护方法的基本组成及施工方法进行了详细的介绍，对其作用机理进行了理论分析，探讨了劲性桩预应力锚杆柔性支护的设计计算方法，结合工程算例，通过三维连续介质有限元方法，对支护结构的受力特性、基坑变形规律及稳定性进行了分析，并与预应力锚杆柔性支护和桩锚支护做出了比较；通过单因素分析方法，分析了锚杆预应力大小、锚杆间距及工字钢型号对支护结构内力及基坑变形的影响。得出结论：（1）劲性桩预应力锚杆联合支护与普通预应力锚杆柔性支护相比，能够显著减小基坑的水平位移、地表沉降及坑后土体的塑性区范围；支护体系的潜在滑移面位置向基坑深层转移，支护结构的整体稳定性提高。（2）与桩锚支护相比，支护桩桩身内力显著减小，弯矩值约是桩锚支护中灌注桩的10%、剪力值约是桩锚支护中灌注桩的21%，劲性桩不需要较大尺寸就能够满足强度要求。两种支护结构的变形形态相近，劲性桩预应力锚杆联合支护对基坑变形的控制作用与桩锚支护接近，同样能够满足基坑变形的严格要求。（3）锚杆预应力可有效减小基坑变形和塑性区分布，当预应力值到达62.5%锚杆轴向拉力标准值时，继续增加预应力值，对变形的控制效果减弱，进一步认为劲性桩预应力锚杆联合支护的阈值预应力为轴向拉力标准值的75%。（4）基坑侧壁最大水平位移随着锚杆间距的增大而增大，当锚杆间距为1.8m时，基坑侧壁最大水平位移的增长幅度变大。（5）改变劲性桩中工字钢的型号，基坑变形基本不发生变化，工字钢在满足强度要求前提下，按构造要求设计即可达到预期的支护效果。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 基坑工程概述

1.2.1 基坑支护的主要内容

1.2.2 基坑支护的主要特点

1.2.3 基坑支护的主要形式

1.3 国内外研究现状

1.3.1 微型桩支护的研究现状

1.3.2 有限元应用于基坑工程研究现状

1.4 论文的主要研究工作

2 基坑工程设计计算内容及方法

2.1 基坑支护结构的内力分析

2.1.1 弹性支点法

2.1.2 连续介质有限元方法

2.2 基坑稳定性分析

2.2.1 基坑失稳破坏形式

2.2.2 基坑整体稳定性分析

2.3 基坑变形计算

2.3.1 基坑变形的规律

2.3.2 基坑变形的计算方法

2.4 本章小结

3 劲性桩预应力锚杆联合支护

3.1 劲性桩预应力锚杆联合支护的基本构造

3.2 劲性桩预应力锚杆联合支护的施工方法

3.3 劲性桩预应力锚杆联合支护的受力特性

3.4 劲性桩预应力锚杆联合支护的优点

3.5 劲性桩预应力锚杆联合支护的适用范围

3.6 本章小结

4 劲性桩预应力锚杆联合支护的力学特性分析

4.1 工程算例

4.1.1 水平荷载计算

4.1.2 支护结构内力计算

4.1.3 劲性桩强度验算

4.1.4 预应力锚杆计算分析

4.2 数值模型建立

4.2.1 ABAQUS介绍

4.2.2 岩土体模拟

4.2.3 支护结构模拟

4.2.4 施工过程模拟

4.3 劲性桩预应力锚杆联合支护计算结果分析

4.3.1 基坑土体应力状态分析

4.3.2 劲性桩预应力锚杆联合支护的内力分析

4.3.3 劲性桩预应力锚杆联合支护的变形分析

4.3.4 劲性桩预应力锚杆联合支护的基坑稳定分析

4.4 劲性桩预应力锚杆联合支护与桩锚支护的比较

4.4.1 桩身内力比较

4.4.2 基坑变形比较

4.5 劲性桩预应力锚杆联合支护的影响因素分析

4.5.1 锚杆预应力的影响

4.5.2 锚杆间距的影响

4.5.3 劲性桩中工字钢的影响

4.6 本章小结

5 工程实例分析

5.1 工程概况

5.2 支护方案

5.3 数值模拟结果分析

5.3.1 支护结构内力分析

5.3.2 基坑变形分析

5.3.3 整体稳定性验算

5.4 预应力影响分析

5.4.1 对基坑水平位移的影响

5.4.2 对基坑塑性区的分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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