深厚淤泥水上基坑开挖对自身围护结构及临近桥桩的影响机制研究

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随着我国沿海地区交通基础设施建设的需求量越来越大,在沿海地区进行基坑施工时由于其所在场地工程地质条件较为复杂(一般含深厚淤泥层),基坑自身围护结构和临近建(构)筑物的变形控制是工程中亟待解决的关键问题。明确各种不同的复杂环境和工况条件下基坑开挖引起的变形机制是确保基坑工程能够安全实施的前提,因此需要对其开展系统的研究。本文以福建木兰溪特大桥项目为研究对象,通过有限元软件PLAXIS 2D对321#基坑施工的全过程进行了数值仿真模拟,研究了深厚淤泥水上基坑开挖引起的变形特性以及变水位下基坑开挖对围护结构及临近桥桩的影响,对比分析了静、变水位条件下基坑开挖引起坑围土体的变形特性,并针对最危险工况和原设计方案提出了相对应的优化改进措施,可为类似工程提供参考。具体研究成果如下:(1)深厚淤泥层水上基坑开挖在不同水位差条件下,随着水位差的不断升高,由钢板桩和锁扣钢管桩组成的围护体系的侧向变形值逐渐增大,围护桩体沿深度方向发生侧向变形的总体规律呈“<”型分布,且围护桩体最大侧向变形值的出现位置随着水位差的升高有上移趋势;桥桩侧向变形值和弯矩值沿深度方向的发展趋势并不受水位差的影响。不同开挖间距条件下,临近桥桩侧向变形值和弯矩值随着开挖间距的增大逐渐减小;当开挖间距超过一定值后,围护桩体最大侧向变形值、临近桥桩最大侧向变形值以及桥桩最大弯矩值都将处在某个范围内。(2)从整体上来看,简谐变水位模式相较于线性变水位模式下基坑开挖对自身围护结构侧向变形、临近桥桩桩体侧向变形以及桥桩桩体弯矩的影响更为明显,两种水位模式下围护结构变形特性的共同点为最大侧向变形均出现在坑内降水之后;线性变水位模式与静水位模式下基坑开挖引起临近桥桩变形的发展趋势类似;静、变水位条件下基坑开挖引起土体的最大侧向变形范围均集中在基坑开挖面附近,其中变水位条件下土体的最大侧向变形范围主要集中在开挖面上部区域,静水位条件下土体的最大侧向变形范围主要集中在基坑开挖面下部区域。(3)在加支撑、加刚度和同时加支撑和刚度三种优化改进措施中,同时增加支撑和刚度对减小围护结构侧向变形、临近桥桩侧向变形和弯矩的效果最为显著;在实际工程中,针对简谐变水位模式时建议采用同时施加支撑和刚度的优化改进措施;针对静态水位模式时建议采用单独施加支撑的优化改进措施;对于单独增加刚度这一改进措施因其优化效果较差,不建议在施工过程中采用。
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