基坑自稳型无支撑支护体系的支护机理及设计方法研究

摘要

对于软土地区基坑支护工程，当基坑开挖深度大于4m时，往往采用内支撑支护从而确保开挖过程中基坑安全性、控制基坑变形。近年来，新型无支撑支护技术得到了快速发展，自稳式支护、倾斜桩支护等无支撑支护在开挖深度大于4m的软土地区基坑中往往也可以起到保证基坑安全、控制支护变形及内力的作用。目前有关于自稳式支护、倾斜桩支护的机理及计算方法研究较少，本文针对无支撑支护的发展及应用，对无支撑支护进行了详细研究，研究内容主要分为以下几点：　　（1）以上海地区实际自稳式支护应用工程为基础，在分析实际工程监测数据的基础上运用Plaxis3D软件进行有限元模拟计算，并对自稳式支护的斜撑长度、角度、摩擦系数、分布间距作用因素进行了变参数有限元分析，探究自稳式支护的作用机理及最优布置形式。通过有限元计算得知：自稳式支护斜钢管撑长度取值于18~22m之间，斜撑角度可取45°~60°，斜撑布置间距不应大于4m。　　（2）以室内大型模型试验为基础，介绍大型模型试验的总体信息，分析对比直排桩支护与倾斜桩支护的作用效果及机理差异，通过整理并分析试验数据，选取了基坑支护效果最优的支护形式，证明了倾斜桩支护斜撑的重要作用。　　（3）整理并分析天津市应用倾斜桩支护的多个工程，将工程中倾斜桩支护监测结果与内支撑支护、双排桩支护及单排桩支护进行对比，分析在软土地区中各类型支护的优缺点，对比得出倾斜桩支护的在天津软土地区中的适用基坑开挖深度应为4-8m。　　（4）通过有限元软件Plaxis3D对倾斜桩支护进行详细分析，包括天津地区实际工程的模拟、倾斜桩支护与各类型支护的对比及倾斜桩支护的变参数分析。利用有限元软件Plaxis3D进行了桩体摩擦系数、长度、斜桩角度的计算，进一步探究了倾斜桩支护的斜撑作用及最优布置形式。经计算，倾斜桩支护在软土地区应用中支护插入比不宜小于1，支护斜桩角度应为15°~30°之间。　　（5）以平面杆件有限元法为基础，提出一种适用于倾斜桩支护的理论计算方法，所提理论计算方法通过Abaqus有限元软件实现计算过程。经理论计算结果与倾斜桩工程实测结果对比，本文所提出的平面杆件有限元理论计算方法可以较好地模拟实际工程支护位移，具有一定的工程实用价值。

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