预应力短锚杆在深基坑工程中的应用

北京市二环内某工程紧邻已有地上17层、地下2层居民住宅楼,最近处相距13.5 m,周边环境复杂,开挖深度14.0 m;17层住宅楼2003年基坑开挖深度10.5 m,采用上部摘帽土钉墙,下部悬臂桩支护;常规基坑支护设计的难题是由于楼间距太小从而导致预应力锚杆长度不足。本工程设计时将常规锚杆拆分成预应力短锚杆,增加锚杆布设密度,改良基坑后岩土体,提高其整体性,限制基坑变形;施工中对坡顶水平位移、沉降、周边楼座沉降、锚杆轴力、深层土体位移分别进行监测。监测数据表明:护坡桩桩身呈现悬臂桩倾斜特征,水平位移最大不超过5 mm,锚杆轴力监测数据小于锁定荷载,其它各项数据均正常;最终基坑成功实施,目前已经回填完毕。本工程可供类似工程借鉴参考。     

北京世园小镇接待中心基坑监测分析

北京世园小镇接待中心基坑依据地质条件确定了钻孔灌注桩加预应力锚索、悬臂桩支护、放坡支护等综合支护方案。通过对支护结构顶部水平位移和竖向位移、基坑周边地面沉降、支护结构深部水平位移、锚杆拉力的监测,分析了桩水平和竖向位移、地表沉降以及锚杆拉力等的变化规律,同时根据监测数据进行了总结,为今后的设计提供了依据。     

工字钢水泥土搅拌墙基坑支护的力学性能研究

河南某基坑最大开挖深度为5.8 m,场地以饱和淤泥质粉质黏土为主,与周边既有建筑最近距离为1.2 m,采用工字钢水泥土搅拌墙和预应力扩大头锚杆进行支护。运用PLAXIS有限元软件对该基坑支护结构进行数值模拟,得到了不同工况的土体位移、工字钢水泥土搅拌墙轴力和弯矩、预应力锚杆的锚固力和各开挖阶段的总乘子 ,结果表明,数值计算的土体水平位移与实际监测数据比较吻合,验证了工字钢水泥土搅拌墙建模的合理性;PLAXIS软件能较好地模拟基坑开挖过程中土层及结构的变形特点,验证了PLAXIS有限元软件在基坑工程的适用性;数值计算的土体水平位移、锚杆轴力、采用强度折减法计算的各开挖阶段的总乘子 均满足基坑设计要求,验证了工字钢水泥土搅拌墙在基坑支护的可行性,为类似基坑设计提供了理论依据。     

超期服役基坑的监测及数值分析

在工程建设期间,经常会出现由于设计调整、土地转让、建设方资金不足等情况,造成支护结构超期服役现象,从而增加工程风险,但是对其进行数值模拟分析目前比较少见。结合实际工程算例,运用有限元软件MIDAS,选择合理的本构模型,对基坑的支护结构进行了数值模拟。结果表明:基坑最终水平位移最大值出现在第2道锚杆处,且随着拉力减小,基坑的水平位移有所增大;基坑地表沉降和坑底隆起随着开挖深度增加而增大;锚杆轴力随着基坑开挖深度增大,轴力衰减范围为9%~37%,且轴力减小后衰减依然比较明显;数值结果与实测结果趋势相吻合,表明超期服役的基坑工程应引起必要的重视。     

复杂条件下隧道支护结构稳定性分析

以方斗山隧道为研究对象,建立三维有限元数值分析模型,模拟分析了隧道支护结构的稳定性。以距离隧道洞口10 m处断面支护结构为例,分析了该断面初次支护和二次衬砌的水平应力、竖向应力、竖向位移、锚杆轴力及支护结构破坏域等随掌子面推进的变化规律,并对该断面支护结构特征点的稳定性进行追踪研究。研究结果表明,当掌子面与断面间距离小于30 m左右时,随着掌子面的推进,支护结构应力及位移等均有一定程度的增长,其后支护结构应力及位移基本收敛,且收敛值均较小,表明支护结构是稳定的。对隧道初次支护应力及锚杆轴力的现场监测结果及数值模拟结果进行对比分析,结果表明,数值模拟与现场监测结果基本一致。     

北京某深基坑桩锚支护结构监测及分析

采用桩锚支护结构对北京某深基坑进行支护,在施工过程中进行桩顶位移、地表沉降、锚索轴力监测,并对监测数据分析。结果表明：桩锚支护体系能有效地控制基坑水平位移和周边地表沉降,并且桩顶水平位移变化、沉降变化是比较有规律的。锚索预应力损失值较大,在30％～50％之间,在开挖过程中变化范围在15％以内;第一道锚索在控制位移和沉降发挥着关键的作用,第三道锚索是控制桩身最大弯矩的关键。结合实测值与理论计算值产生差异的原因,对以后类似桩锚支护结构的设计提出了建议。     

复合土钉墙支护设计参数敏感性分析及边坡变形规律研究

由土钉和预应力锚索组成的复合土钉墙支护结构可以有效加固周围土体,控制基坑变形,被广泛应用于基坑支护设计中。以济南西客站站前广场基坑工程复合土钉墙支护设计为例,通过FLAC3D有限差分软件数值计算和现场监测分析,采用弹塑性实体单元和线性锚杆单元,考虑锚杆与土体相互作用,通过对土钉和预应力锚索组成的复合土钉支护结构进行开挖支护施工全过程的三维动态模拟分析。分析基坑坡面水平位移、坑底隆起、地表沉降、土钉轴力、预应力锚索轴力等变化规律,研究复合土钉墙的受力机制,探讨土钉和预应力锚索的共同作用机制。分析土体各种力学参数和锚杆间距、锚索预应力等设计参数对基坑变形影响的敏感性,并与监测数据进行对比分析。研究表明,锚杆与土体相互作用力学模型能较好模拟复合土钉墙支护施工过程,计算精度较高;土体黏聚力、摩擦角、土钉间距、锚索预应力等对基坑边坡变形的影响较大,计算结果可为复合土钉墙设计参数选取提供参考     

某深基坑支护结构内力与变形研究

以某深基坑支护结构位移与内力监测为依据,并结合计算分析探讨了位移与内力大小的变化规律。实测表明：施加的锚杆预应力有10 %～25 % 的损失,在开挖过程中锚杆轴力增加约10 % 左右。钢支撑的轴力随开挖深度增加而增加,轴力大小、变化与开挖方式、速度及下层支撑的逐一拆除有关;支护桩的变形随桩深、支撑条件变化而变化。基坑顶部的水平位移以坑壁中央最大,靠端部位移较小。总的来说,理论分析与实测结果大体一致,但由于支护结构受力与变形的复杂性及施工的影响,使得理论计算值与实测值存在一定的差异。     

有限元法模拟开挖引起的基坑水平位移和邻近建筑物沉降

以徐州某采用水泥土墙支护的基坑为例,采用有限元数值模拟的方法,对基坑开挖引起的水平位移量和邻近建筑物沉降量进行了计算,并与实际监测值进行了对比分析,得到了一些关于如何控制基坑水平位移和减少基坑周边建筑沉降的结论。     

不同方向卸载对基坑支护位移内力的影响

基坑的开挖是一个水平和竖向压力同时卸载过程;为了研究不同方向卸载对基坑支护位移内力的影响,通过修正的邓肯－张模型模量公式,分别考虑只有水平和竖向卸载情况,对某基坑开挖进行了有限元模拟,发现水平卸载是产生水平位移的主要因素;与考虑水平卸载相比,只考虑竖向卸载时能够使支护产生负内力。通过分析,对支护结构上的实测内力总是小于设计值的原因作出了解释。     

考虑时空效应软土地区深基坑开挖变形分析

以天津软土地区某深基坑工程为背景,对基坑开挖过程中不同工况下支护桩深层水平位移、支护桩竖向位移、周边建筑竖向位移、周边地表竖向位移的现场监测数据进行归纳总结,分析其变化规律,对其所受到的时空效应的影响进行研究,研究结果表明:基坑开挖施工对支护桩及周边环境具有显著的时空效应影响,位移主要发生在土方开挖阶段,尤其是土方开挖阶段第三步,位移增量较大,变化速率较快,在基坑底板施工完成后,位移逐渐趋于稳定;支护桩深层水平位移呈现出"鼓肚"状变化趋势,位移最大值出现在开挖面附近;周边地表位移最大值点出现在距离基坑边6 m(即0.51H)位置处,位移变化曲线呈盆状,至基坑地下结构施工完成时,最大位移出现在DB2-3监测点,位移值为-22.7 mm,约为0.19H%;提出建议在基坑南侧和西侧采用桩锚支护结构取代原设计支护形式的优化措施,研究成果可为类似工程提供参考。     

某基坑周边地面隆起影响因素分析

以某深基坑为例,详细介绍了该项目基坑周边地面的沉降变形情况,实际监测数据表明,自基坑开挖起,基坑周边地面呈现微量隆起的变形特征。因基坑开挖会引起坑底土卸荷后产生回弹现象,随着支护桩及基坑周边区域的沉降,还会引起周边建筑物、地下管线及临近道路的沉降,量值过大时应高度重视,采用必要的工程措施控制相应的变形。本文通过施工进程、气温等因素,结合锚索内力、桩顶水平位移及桩体深层水平位移数据,综合分析引起基坑周边地面隆起的内在因素,提出在设计、施工各个阶段均需要合理制定设计、施工方案,以达到隆起量优化控制的作用。     

武汉某深基坑锚式连锁灌注排桩变形的有限元分析

以武汉某深基坑为例,采用有限单元数值模拟方法,研究基坑开挖深度,锚杆预应力,桩体厚度,桩体嵌入深度的变化与其锚式连锁灌注排桩支护结构水平变形位移的关系。     

土岩组合地层异形深基坑支护体系优化研究

某明挖隧道基坑位于土岩组合地层,基坑大面深度约17.1 m,深挖部位约27.9 m,原设计整体基坑采用地下连续墙+4道钢筋混凝土支撑,坑中坑内侧壁采用钻孔灌注桩作为竖向支护结构,深坑部位加设2道钢管支撑。为节约工期和工程造价,综合考虑地层分布及地质条件,对原设计方案进行了系列优化。运用数值模拟对比分析了优化前后基坑支护体系和周边环境的变形特性,结果表明优化后的支护方案满足设计和规范要求。基坑按优化方案施工,并开展了现场监测工作,基坑监测结果表明：（1）基坑连续墙水平位移、地表沉降、支撑轴力、周边建筑物变形及坑底隆起等指标均小于控制要求;（2）连续墙最大水平位移发生在土岩分界面以上一定高度,最大值约为浅基坑深度的0.025%;(3)异形基坑两侧变形不对称,最大地表沉降发生在浅基坑侧,基坑外地表影响范围约为1.0H;(4)下部基岩段基坑开挖侧向变形量小,且对地表沉降槽范围影响不大。优化方案节约了工期和造价,可为类似基坑工程提供参考。     

改进的杆系有限元在预应力锚杆柔性支护法中应用

现在基坑设计中常用的杆系有限元计算方法是基于桩墙和锚杆联合支护的,不适用于预应力锚杆柔性支护。根据预应力锚杆柔性支护法的施工特点,改进了杆系有限元计算模型,提出柔性支护的开挖荷载计算方法,使之可以适用于预应力锚杆柔性支护法。编制了相应的计算程序,最后对一个实际工程进行计算分析,结果表明,用改进后的杆系有限元方法可以计算出预应力锚杆柔性支护的基坑水平位移、锚杆轴力,计算值与实测值较为吻合。     

某基坑位移、沉降和内力实测结果及预警值讨论

以某深基坑支护结构位移、沉降、内力及水位的施工监测数据为依据,探讨了位移、沉降与内力大小及变化规律。实测表明：支护桩及外侧土体各点随着基坑开挖深度和时间的递增,水平位移逐步增大,增大速度由快逐步趋于平稳。另外,位移大小还与周围建筑物位置和支撑条件有关。周围建筑物的沉降随时间增大,且离基坑越近则越大;立柱沉降及土的隆起量与承受的支撑重量及基坑形状有关;支撑轴力的大小及变化与地质条件、支撑刚度和施工开挖顺序及速度等因素有很大关系;桩身偏心较小,底部可按轴心受力计算。最后,对预警值进行了讨论。     

近邻桩基施工对城市地铁隧道的影响分析

近邻桩基施工会对盾构隧道产生较大的不利影响,试桩过程中对试桩周围土体深层水平位移、隧道结构竖向位移和沉降进行了现场监测。监测结果表明,隧道结构竖向位移和水平位移缓慢增加,对桩体周边土体产生扰动;管片位移最大值发生在与试桩相对应的剖面上;随着试桩距离的增加,管片沉降和最大水平位移减小。管片以发生水平位移为主,沉降约为水平位移的0.5倍。在隧道埋深范围内,深层土体水平位移向隧道方向移动;隧道埋深范围以下,土层的水平位移向远离隧道方向移动。试桩实践表明,采用全套管钢套管护壁旋挖取土工艺,并在施工过程中对盾构隧道和周围土体进行动态信息化监测的施工方法能较好地预警、控制施工风险,得到的结论可以为相似工程的施工提供指导和参考。     

三趾马红土中石楼隧道的工程稳定性初步研究

三趾马红土中石楼隧道4km洞身位于地下水位线以下,围岩极易产生过大变形甚至失稳破坏。通过原位大剪试验,探讨围岩剪应力与剪切位移的变化规律,并得出C、φ值。在此基础上,建立石楼隧道有限元数值模型,分析施工过程中拱顶沉降、水平收敛、应力场、锚杆轴力及初期支护结构弯矩的变化规律,并与现场监测结果进行对比。结果表明:①剪应力与剪切位移呈弱硬化状态;②拱顶沉降、水平收敛在毛洞阶段变形较大,初期支护体系能有效控制围岩变形,拱角极易产生应力集中。建议及早施作仰拱以排除病害,锚杆及支护结构在各自极限范围内,整体是安全的。     

三趾马红土中石楼隧道的工程稳定性初步研究

三趾马红土中石楼隧道4km洞身位于地下水位线以下,围岩极易产生过大变形甚至失稳破坏。通过原位大剪试验,探讨围岩剪应力与剪切位移的变化规律,并得出C、φ值。在此基础上,建立石楼隧道有限元数值模型,分析施工过程中拱顶沉降、水平收敛、应力场、锚杆轴力及初期支护结构弯矩的变化规律,并与现场监测结果进行对比。结果表明:①剪应力与剪切位移呈弱硬化状态;②拱顶沉降、水平收敛在毛洞阶段变形较大,初期支护体系能有效控制围岩变形,拱角极易产生应力集中。建议及早施作仰拱以排除病害,锚杆及支护结构在各自极限范围内,整体是安全的。     

桩锚支护结构水平位移的简化算法

桩锚支护结构在基坑和边坡围护工程中有着广泛的应用,设计阶段对支护结构的水平变形作出准确预测意义重大。根据国内多地基坑工程围护墙变形实测结果,建立桩锚支护结构水平位移的计算模型和计算假定,计算基坑围护墙在各外力作用下的变形,利用弹性叠加法得出桩锚支护结构围护墙深层水平位移表达式,联立锚杆刚度方程求解出其中的参数,最终得到水平位移的简化计算结果。该简化算法适用于围护墙底变形较小的桩锚支护结构计算,通过温州某基坑工程实例对比,围护墙变形计算结果与实测数据较为吻合,验证了该简化算法的适用性。