非等长双排桩在成都膨胀土基坑工程中的应用研究

摘要

随着成都地区深大基坑的增多，施工场地小及红线距离近等问题逐渐明显，对基坑变形的控制也提出了更高的要求。由于成都东郊膨胀土地区土层含有大量的高岭土，遇水软化后，锚杆、锚索杆件不能通过土体的侧向摩擦力为基坑支护结构提出足够的锚固力，致使该地区的基坑常常出现垮塌的险情，给人民的生命及财产安全造成巨大的影响。因此，如何解决好膨胀土地区城市建设项目中的基坑支护及环境效应问题成为岩土工程的热点与难点，技术安全、经济合理的基坑支护结构体系是基坑工程的一个发展方向及研究重点。
　　双排桩支护结构由于具有整体高度大、侧向位移小、不需要设置支撑、施工方便、速度快、不需要工作面等优点，目前广泛应用于边坡加固、边坡抗滑、基坑支护等工程中。但是，双排桩的作用机理及受力特性目前还不清楚，双排桩的设计理论不成熟，主要依靠工程经验。本文在总结前人研究的基础上，以成都膨胀土地区东方华大广场基坑工程为背景，对地基岩土体的物理力学参数特征进行研究，并结合大型有限元分析软件MIDAS-GTS对双排桩支护结构的受力性状包括双排桩的排拒、后排桩桩距、桩身刚度、嵌固深度、土体性质和前后桩长不等的情况进行建模分析，研究双排桩的最优设计参数，提出了非等长双排桩在成都膨胀土基坑工程中的应用，最后以典型工程为例，对支护结构进行模拟计算，并结合监测数据验证了方案的合理性，为非等长双排桩支护结构在以后膨胀土基坑中的应用提供工程经验，减少膨胀土地区工程造价，并为进一步的优化设计提供理论支持。
　　本文研究的主要成果有:
　　(1)对研究区膨胀土的物理力学参数特征进行研究发现，未遇水软化段土体强度是遇水段强度的2倍左右;膨胀土强度参数粘聚力c和含水率呈线性关系。
　　(2)通过对双排桩不同的排拒、后排桩桩距、桩身刚度、嵌固深度、土体性质和前后桩长不等的情况进行建模分析发现:①前后桩长不等情况下，后排桩的桩长变化比前排桩更能影响支护结构的位移和内力，且后排桩桩长增加到一定值时，对支护结构的影响较小，此时的后排桩长度为最优长度，能体现出该支护设计的经济性。②土层粘聚力对支护结构的位移影响较大，内力影响较小;内摩擦角对支护结构的位移和内力都有较大影响。③排拒适当增加，支护结构的位移会减小，且随着排拒的增大，位移的减小幅度在不断减小，当排距增加达到一定值以后，排距变化对支护结构的位移影响较小，并且前排桩弯矩逐渐上升，后排桩弯矩则逐渐下降。
　　(3)对成都东郊龙泉驿地区的工程实例进行数值模拟分析，比较计算值与实测值二者之间的差异。同时根据桩身应力、冠梁应力及桩后土压力的变化，分析膨胀土地区非等长双排桩支护结构的受力形状。为非等长双排桩支护结构在以后膨胀土基坑中的应用提供工程经验，并为进一步的优化设计提供理论支持，同时为该地区同类基坑工程支护设计提供借鉴。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基坑工程研究现状

1．2．2 双排桩支护结构的研究现状

1．2．3 非等长双排桩研究现状

1．2．4 非等长双排桩在成都地区应用研究现状

1．2．5 目前存在的主要问题

1．3 研究内容、目标及技术路线

1．3．1 研究的内容

1．3．2 研究目标

1．3．3 技术路线

第2章 研究区地质环境背景

2．1 区域自然地理概况

2．2 场区工程地质条件

2．2．1 地形地貌

2．2．2 地层岩性

2．2．3 地质构造

2．2．4 水文地质

2．2．5 不良地质现象

2．3 地基岩土体的物理力学参数特征

2．3．1 膨胀土参数室内实验

2．3．2 场地岩土体物理力学参数取值建议

第3章 非等长双排桩支护结构设计计算理论

3．1 引言

3．2 土压力的空间效应

3．3 冠梁的变形协调作用

3．3．1 非等长双排桩支护体系的空间分布

3．3．2 冠梁的水平位移

3．3．3 非等长双排桩桩顶的水平位移

3．3．4 冠梁的刚度系数

3．4 沿桩身的土压力分布

3．4．1 非等长双排桩排拒的影响

3．4．2 土压力分布特征

3．4．3 水平抗力系数的比例系数m的确定

3．5 配筋计算原理

3．5．1 冠梁的配筋计算

3．5．2 支护桩的配筋计算

3．6 非等长双排桩位移和内力计算

3．7 稳定分析

3．8 本章小结

第4章 非等长双排桩有限元模拟及内力和变形分析

4．1 引言

4．2 有限元模型

4．2．1 有限元基本理论

4．2．2 论文涉及到的材料模型

4．2．3 分析的基本假设

4．2．4 源模型确定

4．2．5 模型的边界条件和施工步骤

4．3 源模型的计算结果分析

4．4 桩长变化对支护结构受力性状的影响

4．4．1 后排桩桩长变化对支护结构受力性状的影响

4．4．2 前排桩桩长变化对支护结构受力性状的影响

4．4．3 前后排桩桩长同时变化对支护结构受力性状的影响

4．5 后排桩桩距对支护结构受力性状的影响

4．5．1 后排桩桩距对支护结构位移的影响

4．5．2 后排桩桩距对支护结构弯矩的影响

4．6 桩体刚度对双排桩受力性状的影响

4．6．1 前排桩刚度对支护结构受力性状的影响

4．6．2 后排桩刚度对支护结构受力性状的影响

4．7 土体性质对支护结构受力性状的影响

4．7．1 坑底土对支护结构受力性桩的影响

4．7．2 基坑底面以上土层参数对支护结构受力性状的影响

4．8 排距对支护结构受力性状的影响

4．8．1 排距对支护结构位移的影响

4．8．2 排距对支护结构弯矩的影响

4．9 本章小结

第5章 非等长双排桩支护结构的工程应用

5．1 工程概况

5．1．1 工程设计概况

5．1．2 拟建工程周边环境概况

5．2 基坑支护设计

5．3 基坑支护计算分析

5．4 数据对比

5．5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

附录