深基坑双排桩结构支护效果有限差分数值模拟

[摘 要] 由两排平行的钢筋混凝土桩以及桩顶冠梁形成的双排桩支护结构可以有效控制基坑侧 向变形,被广泛应用于基坑支护设计中。本文以济南市西区文化中心项目大剧院为工程背景,对双排桩 支护结构下基坑坡面水平位移,坑底隆起,桩身弯矩、剪力,桩土接触面切向刚度和法向刚度等特征进行 研究,并通过“实体单元桩冶和“结构单元桩冶的计算结果进行对比分析。研究表明,桩与土体相互作用 力学模型能较好模拟双排桩支护施工过程,计算精度较高;桩顶的水平位移最大,基坑开挖底面的弯矩 和剪力最大;计算结果可为双排支护桩作用机理的研究提供参考。     

基坑开挖时邻近桩基性状的数值分析

基坑开挖时尤为关注的问题是土体侧向移动对邻近桩基的不利影响,土体的侧向移动使邻近桩基产生侧向位移和附加应力及弯矩,甚至可能使上部建筑物功能失效。采用土工有限元软件Plaxis 8.2对内支撑排桩支护基坑开挖过程进行数值模拟,分析了基坑开挖时对邻近桩基的各种影响因素,包括单排桩、双排桩在不同开挖深度、支护桩的刚度、桩基刚度、桩基距基坑开挖面距离、桩身的约束和桩长条件下桩身水平位移和弯矩的变化特性。     

滑坡面下双排抗滑结构的计算方法研究

将道路桥梁水平受力多排桩计算的结构力学方法引入到双排抗滑结构的计算中。与其不同的是,滑动面以上存在滑坡体,而桥梁的最大冲刷线以上没有考虑这种土体的存在对滑动面以下m法的影响。提出了滑动面以下考虑滑坡体存在的两种新的m法,还对滑动面以上排桩间土体作用在前后排桩的土压力进行了试验和理论分析,给出了计算公式。同时,用有限杆单元法,对双排桩的连梁刚度和用文中提出的方法以桩梁连接方式进行了试验和理论分析得出如下结论：在满足不相互影响排桩间距的情况下,桩顶连梁与桩的刚度比不小于0.48是合适的,此时再增加连梁刚度无意义;桩梁连接为铰结时双排桩受力变形性质最差,刚结时受力变形性质最好;不论是单排桩还是双排桩,桩前（单排桩）和前排桩桩前（双排桩）土体需要开挖时应慎重,因为这种开挖对支护结构影响很大,造价增加很多;双排桩省钱,而且抵抗变形的能力强,值得在工程中研究和广泛应用     

双排桩双梁组合支护刚度计算的改进与位移分析

双排桩支护组合体系作为一种新型悬臂类支护结构,其整体刚度的提升有利于保持基坑边侧的安全稳定。本文依托于张家口万全区某双排桩基坑支护工程案例,以现有双排桩冠梁刚度系数计算方法为基础,引入冠梁与连梁作用效应系数优化改进考虑连梁和冠梁作用的基坑矩形双排桩支护结构横向支撑刚度的计算方法,并对双梁组合支护体系下不同土性对双排桩前后排桩桩身最大横向位移的影响进行探讨。结果显示:（1）在双排桩结构计算中需考虑冠梁与连梁对双排支护桩的共同横向约束作用,并将冠梁与连梁的刚性连接作为一个整体以提高矩形双排桩双梁横向支撑刚度系数。（2）双梁组合支护体系组合刚度对桩顶位移有较大影响,组合刚度为40～50 MN/m下的位移与观测值较为贴近;冠梁计算长度与引入的冠梁与连梁作用效应系数对双梁组合支护体系组合刚度影响较大,计算长度对组合刚度呈负相关,效应系数对组合刚度呈正相关。（3）双梁组合支护体系下双排桩横向支撑刚度受前后排桩竖向与横向位移差影响,前后排桩桩身最大横向位移受土层内摩擦角、黏聚力和土体水平抗力比例系数影响;改变抗拉强度不会影响双排桩桩体位移。在基坑埋深以下及桩底范围内桩身存在位移拐点,拐点处各不同内摩擦角、不同黏聚力条件下位移相等。     

双排桩-锚杆支护的有限元模拟

基坑支护模型往往在计算假定的基础上建立,而依据计算假定建立的模型往往不能得到和实际相符的结果。但有限元软件可以较为真实的模拟基坑开挖的过程中应力和位移的变化情况,是土工数值分析的重要手段。本文运用大型有限元软件ABAQUS建立双排桩-锚杆结构有限元模型,全面的考虑土体的特性、桩土的共同作用及桩间土对支护结构的影响等因素,分析支护结构在土体开挖荷载作用下的内力和变形,为设计和施工提供了参考。     

深基坑双排桩支护结构上的变形和土压力研究

根据某大型深基坑工程的实测资料,对双排桩支护结构上的截面弯矩、变形和土压力分布特征进行了研究,并对基坑开挖的空间效应、冠梁刚度对土压力的影响、支护结构变形与土压力分布的关系、双排桩支护结构与土的相互作用机制等进行分析。研究表明,深基坑双排桩支护结构上的土压力分布是十分复杂的,用传统的土压力计算方法估算双排桩支护结构上的土压力存在较大偏差。其研究结果为双排桩支护结构上土压力设计计算模式的建立提供了依据。     

天津某深基坑工程施工监测及数值模拟分析

本文介绍了天津铜锣湾广场深基坑工程开挖实例。通过对开挖过程中的支护结构内力、坑周土体水平位移等的现场监测和数值模拟分析,讨论了基坑开挖过程中支护结构受力的特点及其对周围环境的影响,得到了基坑周边土体水平位移的变化规律,为考虑施工因素的支护结构设计提供了依据。     

深基坑双排桩支护的设计与变形监测研究

以深圳地区某双排桩基坑为研究对象,通过分析双排桩和毗邻建筑物的变形监测数据,发现基坑开挖施工期的前1/3阶段为双排桩支护结构侧向变形较快增长的时期,而支护结构后方建筑物的显著沉降主要出现在开挖施工期的后2/3阶段中,双排桩支护结构的侧向变形形态有一定变化,桩间水泥土帷幕能够有效提高双排桩的抗侧刚度.     

双排挤扩支护桩试验研究

介绍了一种新型基坑支护桩--双排挤扩桩,探讨了双排挤扩支护桩的挤密效应、受力机制、工作特性和计算方法。土工模型试验和数值模拟试验表明,双排挤扩支护桩受力体系近似于一种特殊类型的多层框架结构。与双排悬臂支护直桩相比较,双排挤扩支护桩的空间刚度大幅度增加,结构受力合理,桩顶位移减小,桩体弯矩正负交替分布,弯矩最大值减小,嵌固深度减小,支护高度增加,桩体材料得到全面利用。双排挤扩支护桩有着明显的技术优势,可降低风险,为深基坑工程提供了一种更加合理的新型支护手段。     

连拱式组合拱结构在深基坑工程中的应用

钻孔灌注桩连拱式组合拱结构是由大直径的钢筋混凝土钻孔灌注桩（拱脚支持桩）和小直径钻孔灌注桩排列呈拱型组合成一个组合截面,将水土压力产生的弯矩和剪力转化为沿拱轴方向的轴向压力,不仅受力合理,而且,有更好的截面效能,刚度和强度也比相同质量的桩（墙）式结构大得多,顶部用钢筋混凝土圈梁连接成整体,在不加撑锚条件下比桩墙式结构能支护更深的基坑,如开挖深度较大,可沿深度方向适当距离增加钢筋混凝土加劲肋,是一种新的支护结构型式,经济效益非常显著。通过在南京某大厦深基坑支护中的应用和土体开挖过程中,对其侧向土压力、桩身应力、支护结构的侧向位移及外侧土体的变形的实测研究,获得了连拱支护结构在软土地区受力和变形的基本规律。     

基坑双排桩支护结构设计计算软件开发及应用

随着基坑开挖规模朝更大更深方向发展,传统的单排桩、桩锚、桩撑支护结构受到一定的限制,在变形控制要求较高,又不宜采用内支撑和锚杆的情况下,双排桩能发挥较好的作用。双排桩是由两排平行的支护桩、水平压顶梁和前后联系梁形成的空间围护结构体系,具有刚度大、稳定性好、变形小、便于直立开挖等优点,因而得到广泛应用。新的湖北省《基坑工程技术规程》（DB42/T159-2012）中增加了双排桩支护结构相关章节,提出了双排桩的设计与计算模型。针对湖北省新基坑规范中提出的双排桩支护计算模型,应用VB.NET语言开发出一款操作简单、实用性强的基坑双排桩设计计算软件（DESDROP）,本软件的开发与研究是为配合湖北省新基坑规程实施而进行的。该软件能对双排桩前后桩的位移、内力和稳定性进行分析,并可以通过查询结果图看到任一工况条件下的土压力、位移、弯矩、剪力图。将该软件应用于金地名郡基坑工程,结果表明,DESDROP软件运算速度快,计算结果能满足双排桩支护设计的需要。     

深基坑支护双排桩计算模型的改进

当锚索超出规划红线被越来越严格限制后,双排桩支护的应用已越来越多。实践中发现现有规范方法的双排桩计算模型简单方便,但对于软土地层时存在计算位移不够合理的情况。同时,桩间土简化为压缩弹簧未能充分考虑桩和土柱之间的作用,会使计算位移偏大。为改进这些不足,建议了一个新的土压力模式,即基坑面以下的附加压力看作弹性应力,对两排桩与桩间土的作用增加一个等效土柱刚度,对基坑面以下的桩间土弹簧刚度取压缩刚度和m法刚度的大值,使计算的位移更合理,并与有限元和工程实测结果进行了比较,初步检验其合理性。     

城市地铁深基坑开挖实测与数值模拟分析

城市地铁施工中由于周边环境复杂,基坑开挖引起的土层扰动,可能会造成建筑物及地下管线破坏,甚至引起基坑失稳。以某地铁深基坑工程为背景,借助FLAC3D,建立了基坑开挖计算模型。现场实测与模型计算结果表明,计算值和实测值基本吻合,采用的计算模型可以近似模拟实际开挖过程。通过改变模型参数,研究了围护桩刚度、锚索倾角及锚索位置对围护体系受力和变形的影响,得出一些有益的结论,为保证城市深基坑开挖周边环境及围护结构安全,提供一定的参考。     

双排护坡桩支护体系应用及模拟分析

双排护坡桩支护体系具有较好的侧向刚度及限制变形的能力.以北京市朝阳区某基坑为例,介绍了双排护坡桩支护体系在复杂周围环境条件下的适用性.并通过工程实测及数值模拟,对双排护坡桩支护体系的变形特征等进行了探讨.     

考虑桩桩相互作用的双排支护桩受力变形分析

双排桩支护结构的变形与内力计算是其设计计算的重要内容之一。双排支护桩结构是由前排桩、后排桩及桩顶连系梁组成的空间门架式结构。在承受水平荷载时,后排桩向坑内发生挠曲变形,挤压桩间土体,同时桩间土体又对前排桩产生推力,使得前排桩向坑内发生挠曲变形,挤压前排桩桩前土体,以致该支护结构在传递水平荷载时,前后排桩及桩间土体之间存在非常复杂的相互作用。本文基于上述双排桩支护结构受力变形特性,将前、后排桩均视为竖向放置的弹性地基梁,以欧拉伯努利双层梁理论考虑前后排桩的相互作用,以水平向弹簧模拟桩间土相互作用,以朗肯土压力计算作用于后排桩的主动土压力,以弹性抗力法计算作用于前排桩基坑底面以下的被动土压力,以基坑底面为界人为将前、后排桩分为上下部分,并通过桩身各段的受力平衡建立前后排桩的挠曲变形控制微分方程,然后通过桩端约束及基坑坑底平面处的连续条件得到方程的解析解,给出了一种考虑桩桩相互作用以及桩土相互作用的双排桩支护结构计算方法。最后结合两个实例,将本文方法计算结果与实例结果进行对比分析,验证本文方法的可行性,以期为双排桩支护结构在工程中的设计计算提供借鉴。     

苏州市演艺中心二期基坑支护设计与实测研究

在深基坑开挖施工中,钻孔灌注桩加混凝土内支撑具有挡土作用,而水泥土搅拌桩和压密注浆形成的双层止水帷幕则具有止水作用.以苏州市演艺中心二期基坑工程为实例,根据基坑开挖施工过程中的实测数据,分析和研究了支护结构的变形、地下水位以及周边建筑物沉降的变化,对此基坑工程支护结构以及止水帷幕的设计施工方案进行验证.结果表明：利用上述技术措施效果良好,对苏州地区类似基坑围护设计和施工具有一定的借鉴意义.     

深厚软土超大基坑中双门架式支护结构

传统双排桩单门架式支护结构是软土地区基坑支护设计中常用的一种支护手段,由于其施工简便、不需设置内支撑、投资小并节约场地而被经常采用。但在深厚软土超大型基坑且中等开挖深度时采用,往往会出现基坑侧向位移大、沉降大、结构稳定性差的问题。结合对传统门架式支护结构的改进,在软土大型中等深度开挖基坑工程中提出了不设内支撑的双门架式支护结构形式,进一步提高支护结构整体安全稳定性和控制支护结构侧向位移,通过将该结构设计应用于绍兴县一小区项目地下室基坑支护工程,验证了该改进方法的适用性和可行性,为今后类似工程提供了宝贵的经验。     

Adina在基坑支护结构稳定分析中的应用

开挖后的基坑,桩后土体有向坑内移动的趋势,对基坑本身以及周围建筑物将产生不利影响,因此选择合适的支护方案是确保工程安全顺利进行的关键。本文以北京某深基坑工程实例为基础,采用单排钻孔灌注桩加冠梁、锚杆支护形式,通过现场原位测试获得土体的各项物理力学参数,应用Adina大型有限元分析软件对该工程的基坑开挖过程进行模拟分析,得到不同开挖深度下支护桩的水平位移分布规律,通过与实测数据进行对比,分析说明采用Adina软件模拟的可行性和可靠性,并通过改变影响支护结构变形的因素,分析说明在不同情况下随着基坑开挖深度的变化支护结构的变形情况。     

软土地区深基坑围护结构综合刚度研究

为了预测地铁深基坑开挖阶段围护结构的变形特性,从围护结构综合刚度的角度研究了软土地区地铁深基坑的围护结构设计方法。鉴于Clough综合刚度模型存在诸多缺陷,提出了新的MVSS综合刚度模型,其包含了围护墙（桩）刚度、基坑深度、支撑刚度、支撑水平及竖向间距、地基加固等多个变量,反映了基坑围护结构的整体属性。从有限元计算及地铁基坑实测变形等角度验证了MVSS综合刚度合理性,并建立了地铁深基坑围护结构侧向变形与基坑围护综合刚度之间的函数算式。该算式为基坑围护结构的变形预测提供了新的思路与方法。基坑围护结构最大侧向变形与基坑MVSS综合刚度呈递减函数关系,但当其MVSS综合刚度增大至一定程度后,其继续增大对基坑围护结构变形的进一步控制效果甚微。