双排加筋旋喷桩支护结构力学性状研究

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目前,地下空间的利用和开发得到空前发展,基坑的设计与施工水平也不断提高,开挖方法越来越先进,支护方式也各种各样,新的支护结构层出不穷。双排加筋旋喷桩就是一个典型的代表,在旋喷桩和双排桩技术发展成熟的基础上,通过在旋喷桩中施加两排钢管,形成复合支护结构,解决了施工上空界限不足的的问题,保证施工安全顺利地进行。本文以广州科学城科翔路电力隧道工程中采用的双排加筋旋喷桩为背景,在当前研究资料较少,无规范可依的情况下,参照一般SMW工法、旋喷桩和双排桩的研究方法,对这种新的支护结构进行研究。按SMW工法的设计验算方法,采用同济启明星对本工程进行近似验算,其结果与设计提供参数大致相同,能够满足安全要求,同时也发现各项安全系数不高,故施工时必须严格按设计深度开挖并及时支护。基坑开挖面附近的桩身弯矩和土体水平位移较大,设计时应该考虑对基坑底部进行加固,而最大剪力则发生在基底以下一定深度处,这说明加固整个桩侧土体,提高其抗剪能力也十分有必要。基于FLAC-3D建立双排加筋旋喷桩支护基坑开挖模型,计算结果表明基坑侧土体最大水平位移发生在基底附近,桩身最大弯矩也分布在基底附近,此计算结果与设计验算结果相似。对前后排桩进行刚性连接时,在第二道支撑(3.5m深度)处进行刚性连接时基坑土体水平位移相对较小,刚性连接位置宜设在第二道支撑处。从控制土体水平位移角度出发,合理的桩长布置方式为:前后排桩等长时桩长为12m;前后桩长不相等时,宜按前短后长的形式布置;对基坑土体进行加固时,优先选用基底加固的方式。基坑支护时存在竖向土拱效应和水平土拱效应。基于软土基坑的特性,开展加筋旋喷支护桩合理桩间距对的土拱效应的影响研究,数值模拟计算结果表明,当地面超载为25kPa时,加筋旋喷桩的最大桩间距不宜大于5d(d为加筋钢管直径);当地面超载为50kPa时,最大桩间距应不宜超过4d。在桩间距为6d、地面超载为10kPa条件下,桩间土内摩擦角超过26°时,内摩擦角的增大对桩间土水平位移影响不大;当内摩擦角减小到16°时,桩间土水平位移明显增大;桩径大小对最大主应力拱的影响比较小,实际工程中不宜仅靠增大桩径来提高支护能力。开展软土基坑的稳定性现场监测研究,监测结果分析表明,基坑水平支撑以下区域开挖对土体水平位移和地表沉降影响最大,基坑土体深层水平位移变化规律与支护结构刚度有很大关系,加筋旋喷桩由于桩身刚度较小,基底开挖面附近水平位移较其他部位大。同时,水压、地面超载和施工因素等对基坑变形均有影响。在考虑水压、冠梁、地面超载和施工因素影响的条件下,本文对加筋旋喷桩的模拟计算结果与监测结果、设计验算结果进行对比分析,三者变化规律基本一致。
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