基坑中排桩与斜撑组合支护结构的应用研究

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:controlzhang
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众所周知,随着我国建筑业的不断发展以及人口的不断增长,人们目前的需求不仅仅是地面上的高层建筑,还包含了越来越深的地下工程。这就意味着深基坑工程的支护设计和施工难度在不断加大,传统的桩锚支护体系已经满足不了如今的需求,而排桩与斜撑组合支护结构由于布置灵活,不受周边建筑物和地下市政管线的限制,并且在施工过程中不对周边土体产生扰动,同时还有方便土方开挖、加大施工空间等优点,因此越来越受到工程师们的青睐。在排桩与斜撑组合支护结构的施工中,斜撑一般是支撑在基坑底板上或者是在基坑底部打入一定深度的支撑桩作为支撑点,而支撑桩的嵌固深度、斜撑的间距以及斜撑的倾斜角度对基坑的变形都有很大的影响,特别是支撑桩嵌固深度的影响更大。但支撑桩嵌固深度的相关设计规范并没有准确的参考,这就导致了以往的该类型支护结构的设计实例中,都是按照经验进行取值,并且在理正与同济启明星等软件中进行该类型支护结构的设计方案验算时,是将该支护结构中的支撑桩视为不动桩,而实际工程中,支撑桩是会随着基坑的开挖而产生位移的,所以工况的设计计算会与实际工况不吻合。本文以上述问题为出发点,结合工程实例,以排桩与斜撑组合支护结构为主要研究对象,对其进行了一系列的分析研究,本文展开的工作及成果如下:(1)以弹性地基梁理论为基础,考虑了“排桩+斜撑+支撑桩”三者间的协同作用即考虑排桩和支撑桩的位移以及斜撑的压缩变形,并结合相应的边界条件推导出单排桩与斜撑组合支护结构的理论解,再根据理论解对两个算例进行了理论计算研究。第一个算例是通过理论计算,分析了支撑桩是否视为可动桩对排桩位移的影响,得出支撑桩视为可动桩时排桩最大位移量比支撑桩视为不动桩时大30%左右。第二个算例是通过启明星软件计算出支撑桩视为不动桩时排桩位移,通过理论计算出支撑桩视为可动桩时排桩位移,对比后得到支撑桩视为可动桩时排桩最大位移量比支撑桩视为不动桩时大44.1%左右。(2)通过有限元软件Midas GTS NX,对实际工程中的单排桩与斜撑组合支护结构以及双排桩与斜撑组合支护结构进行了数值模拟分析,经过对排桩位移结果的规律研究,得出二维计算出的排桩位移结果都会偏大,其中最大的偏差量达到了三维结果的36%左右,同时得知建立三维模型去模拟分析是非常有必要的,其结果会比二维模拟结果更加合理。(3)以单排桩与斜撑组合支护结构为主要分析对象,利用软件Midas GTS NX,研究了不同因素的改变对基坑变形以及斜撑的受力规律。在土层参数和其他参数信息都不改变的条件下,分别改变支撑桩嵌固深度(10m、12m、14m)、斜撑倾斜角度(20o、30o、40o)以及斜撑间距(6m、8m、10m),经数值模拟计算分析对比后结果表明:在基坑工程中对排桩与斜撑组合支护结构进行设计时,可以适当的加大支撑桩嵌固深度,同时也需要将监测范围适当的向外扩大。同时根据类推得知,当支撑桩嵌固深度增大到基坑开挖深度的2倍左右时,排桩的最大位移将不再变化,并得知支撑桩是否嵌固在风化岩土层,对排桩最大位移量并没有明显的抑制作用。而且支撑桩嵌固深度的增加不仅能抑制排桩的进一步倾斜,还能减小本身的最大位移量,由此得知增加支撑桩嵌固深度是一种很好的方式来提高该支护结构的稳定性。基坑中设计该类型支护结构时,应该小范围的尝试增大斜撑倾斜角度,否则基坑变形会出现突变式的增加。并且适当减小斜撑倾斜角度可以有效地抑制基坑变形的现象,而且在该基坑的数值模拟中,从成本和安全上看,斜撑倾斜角度为30o左右是最佳的,为了节省成本而过分增加斜撑角度是绝对不行的。斜撑间距对基坑变形以及斜撑受力的影响比较大,从安全的角度考虑,在该模拟中斜撑间距不应该超过8m。同时得知在基坑工程中使用排桩与斜撑组合支护结构时,谨慎设计斜撑间距是非常有必要的,选择合适的间距对结构的稳定也非常关键,而且在增加斜撑间距的同时,应该考虑适当加大斜撑的刚度。经过研究支撑桩是否视为可动桩对排桩弯矩的影响发现,支撑桩视为不动桩时,排桩的最大弯矩绝对值会比支撑桩视为可动桩时的大。其中最大负弯矩差异值是支撑桩为不动桩计算值的7.6倍左右,而最大正弯矩差异值是支撑桩为不动桩计算值的22.6%左右。(4)通过有限元软件Midas GTS NX,对南昌市万象城综合体项目的深基坑进行了全过程的整体数值模拟分析,得出了基坑的变形以及斜撑的受力情况,针对主要工况的分析得知,排桩的最大位移发生在桩顶位置,并且自桩顶至桩底水平位移都在不断减小;在单排桩与斜撑组合支护的基坑区域中,产生最大位移的单排桩是发生在该基坑的西南方向,距离与其他支护结构交接处4m左右的位置;支撑桩与斜撑的施工能有效地抑制排桩继续倾斜而发生位移。结合数值模拟结果、实际监测数据以及第二章节中计算出的理论解结果,得到了相应的的地表沉降和排桩向坑内的水平位移对比图,经过分析得知由于施工过程和场地条件的复杂性等原因,理论计算以及数值模拟与现场实际监测可能会有偏差,但数值模拟和理论计算的结果为现场的施工提供了非常有价值的参考作用。
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