考慮工程樁加固效應(yīng)的基坑變形特性研究.pdf

1、眾多工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn),坑底工程樁的存在對(duì)基坑變形的抑制作用較為明顯。原因在于,工程樁的存在增加了坑底介質(zhì)整體的壓縮模量,在一定程度上限制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形及坑底土體的隆起,對(duì)基坑變形存在有利影響。本文考慮工程樁加固效應(yīng),通過(guò)有限元軟件MIDAS/GTS對(duì)基坑變形開(kāi)展了一系列的研究,主要內(nèi)容如下:
　　1、本文就坑底是否存在工程樁分別建立三維基坑開(kāi)挖模型。通過(guò)有限元軟件的模擬計(jì)算進(jìn)行對(duì)比,分析坑底工程樁的存在對(duì)基坑坑外土體沉降變形、基

2、坑支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、基坑坑底土體回彈變形以及支護(hù)結(jié)構(gòu)上內(nèi)力的影響規(guī)律。
　　2、基坑開(kāi)挖的平面有限元模擬計(jì)算較三維更加簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì),因此,科學(xué)的對(duì)基坑模型進(jìn)行平面簡(jiǎn)化至關(guān)重要。對(duì)基坑進(jìn)行平面應(yīng)變模型簡(jiǎn)化主要是支護(hù)結(jié)構(gòu)及工程樁的平面簡(jiǎn)化,其方法大致分為三種:①等截面小剛度軸向剛度等效;②等剛度小截面軸向剛度等效;③坑內(nèi)土體整體加固式剛度等效。本文第三章分別通過(guò)這三種簡(jiǎn)化方法建立基坑二維開(kāi)挖模型,模擬基坑變形的特性。并將模擬結(jié)果與三維計(jì)

3、算模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,得出等截面小剛度軸向剛度等效的平面簡(jiǎn)化方法與三維有限元分析最接近,由此,提出工程樁空間加固效應(yīng)簡(jiǎn)化成平面計(jì)算的科學(xué)方法為等截面小剛度軸向剛度等效方法。
　　3、建立平面有限元模型,系統(tǒng)分析坑底工程樁的直徑、間距、長(zhǎng)度、剛度、與支護(hù)結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系等對(duì)基坑變形特性的影響。
　　通過(guò)研究分析得到如下主要結(jié)論:
　　1、工程樁的存在相當(dāng)于加固了坑底土的模量,它對(duì)基坑坑底土體回彈起限制作用。有工程樁存在的基坑

4、坑底土回彈量比無(wú)工程樁存在時(shí)降低了30％～40％。有工程樁的基坑坑底土體回彈曲線呈現(xiàn)波紋型,波谷位置為工程樁所在位置,而波峰處于各工程樁之間。而沒(méi)有工程樁存在的坑底土體回彈曲線成凸型,基坑中心回彈最大。相比坑底土體回彈,工程樁的存在對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移以及坑外土體的限制作用并不那么明顯,有工程樁存在時(shí),基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移及坑外土體沉降量會(huì)減少10％～20％左右。工程樁的存在相當(dāng)于增大了土體的彈性模量,從而增強(qiáng)了土體對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固作

5、用?？拥坠こ虡兜拇嬖谑怪ёo(hù)結(jié)構(gòu)的坑底負(fù)彎矩增大,增大量約30％左右。
　　2、不同土質(zhì)情況下,工程樁對(duì)基坑變形的影響量存在差異。土質(zhì)比較差的基坑,工程樁對(duì)基坑變形的影響幅度要比土質(zhì)情況比較好的基坑要大,但是,其影響趨勢(shì)是一樣,即工程樁的存在對(duì)基坑變形起抑制作用。
　　3、坑內(nèi)土體整體加固式剛度等效與三維模型計(jì)算結(jié)果差距太大,不符合實(shí)際情況,一般情況下不宜采用此方法;等截面小剛度軸向剛度等效方式下的平面簡(jiǎn)化模型同等剛度小截面軸

6、向剛度等效方式下的平面簡(jiǎn)化模型計(jì)算結(jié)果同三維計(jì)算結(jié)果接近,在一定情況下都可選用。但前者更接近三維模型的計(jì)算結(jié)果,可以看做是最科學(xué)的剛度等效平面簡(jiǎn)化方式。三種簡(jiǎn)化方式下的平面計(jì)算模型,其支護(hù)結(jié)構(gòu)上彎矩的計(jì)算結(jié)果與三維計(jì)算結(jié)果最接近的是第三種簡(jiǎn)化模型,即坑底土體整體加固等效的簡(jiǎn)化模型。但總體來(lái)說(shuō),差距都較大,基本在30％左右。因此,對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力進(jìn)行分析時(shí),要慎重選擇是否采用平面簡(jiǎn)化進(jìn)行模擬。
　　4、工程樁的樁長(zhǎng)、樁徑、剛度對(duì)

7、基坑變形影響不大。工程樁樁間距增大時(shí),基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移會(huì)增加,坑外土體沉降會(huì)加大?？傮w來(lái)說(shuō),工程樁間距的變化對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移及坑外土體沉降影響并不明顯,但樁距的變化對(duì)基坑坑底土體回彈影響最大。就本文研究的基坑來(lái)說(shuō),工程樁間距由6m減小到3m時(shí),坑底土體回彈由原來(lái)的35mm降到14mm左右,降幅達(dá)到60％。工程樁與支護(hù)結(jié)構(gòu)的距離變小對(duì)坑外土體沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移有一定的限制作用,對(duì)坑底土體回彈影響較小。同時(shí),當(dāng)工程樁距離支