砂卵石场地深基坑锚拉桩支护结构设计方法研究

论文摘要

近年来,锚拉桩支护结构因其特有的受力和抗变形能力在成都地区砂卵石场地的建筑深基坑工程中应用越来越广泛。大多数学者对砂卵石场地深基坑工程的研究主要注重在施工工况和施工措施等方面,而对砂卵石场地深基坑支护设计理论方面,尤其是计算模型及其适用性等的研究相对较少。大量的成都地区砂卵石场地的建筑深基坑工程实践表明,按国家现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99提供的计算模型设计砂卵石场地的基坑锚拉桩支护结构,其计算内力、变形与现场实际量测的结果之间均存在一定的差异,从而导致基坑的实际状况与设计预测出现差距。本文从基础理论入手,分析《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99中提供的锚拉桩支护结构设计方法对砂卵石场地的适用性；结合多个实际工程项目岩土工程勘察报告、基坑支护设计方案及监测方案的总结,说明按现行行业标准对成都地区砂卵石场地这种特殊地层中基坑锚拉桩支护结构在设计参数的取值、计算内容及监测措施等方面存在的问题；选择两个比较典型的工程实例,对实测结果与设计结果进行对比分析,找出两者之间差异并分析差异存在的原因和控制因素；在建立符合基坑实际变形状况的二维平面有限元模型的基础上,对土体强度参数、施工工况及嵌固深度对支护结构内力、变形的影响进行了比较详细的分析。通过上述研究工作,针对砂卵石场地中采用类似支护型式的基坑工程,得到了以下主要结论：1.目前规程按平面问题进行砂卵石场地的锚拉桩支护结构设计,缺少对基坑由几何尺寸产生的空间效应,且按照最不利位置进行计算,在整个基坑安全性过于保守的同时造成了资源的浪费。2.现行规程提供的变形计算模式对砂卵石场地深基坑锚拉桩支护结构变形具有定的适用性,但同时形成了对弯矩、配筋计算值较大的保守现象。3.由于现行规程在土压力计算中并未考虑因变形量形成的压力状态,在今后的基坑设计中,应根据变形控制值确定对桩后土压力进行放大和桩前被动土压力进行折减。4.在砂卵石场地各土层的强度参数对锚拉桩支护结构内力和变形的影响比较明显,由以占主导地位的卵石层最为显著,因此在以控制基坑变形为目的或进行工程事故处理时,应以提高卵石层的强度为主要目标,同时为降低工程造价,应在基坑设计时考虑降水对砂卵石层强度参数提高的利用。5.在锚索位置以下超挖一定深度后再对锚索进行张拉有利桩身变形与桩身弯矩分布。6.不同嵌固深度对整体稳定性安全系数影响极小,桩身弯矩随嵌固深度增加而显著提高,规程整体稳定性验算方法对砂卵石场地不适用,而且此类场地规程设计方法嵌固深度0.2H要求在一定程度上讲“有害无益”。7.由不同深度嵌固段对桩身变形、桩身内力及土体塑性破坏区的比较,砂卵石场地锚拉桩支护结构可以采用按锚杆支护结构计算模式进行设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 基坑锚拉桩支护结构研究现状
• 1.2.2 砂卵石地层基坑支护研究现状及存在问题
• 1.3 本文主要研究内容和技术路线
• 第2章 深基坑锚拉桩支护结构设计理论
• 2.1 深基坑工程中的土压力
• 2.1.1 不同变形状态下的土压力划分
• 2.1.2 经典土压力理论
• 2.1.3 土压力确定的水土分算和合算
• 2.1.4 “规程”土压力
• 2.2 锚拉桩支护结构内力分析
• 2.2.1 锚拉桩支护结构的受力机理
• 2.2.2 锚拉桩支护结构支护桩内力分析
• 2.2.3 锚拉桩支护结构锚杆（索）计算
• 2.3 锚拉桩支护结构稳定性分析
• 2.3.1 锚拉桩支护结构的破坏形式
• 2.3.2 整体稳定性分析
• 2.3.3 抗倾覆稳定性分析
• 2.3.4 砂卵石场地基坑稳定性验算讨论
• 2.4 锚拉桩支护结构变形分析
• 2.4.1 变形规律及机理
• 2.4.2 变形计算理论
• 2.4.3 砂卵石场地锚拉桩支护结构变形计算讨论
• 2.5 本章小结
• 第3章 砂卵石场地深基坑锚拉桩支护结构及监测方案设计
• 3.1 砂卵石场地基坑工程地质条件
• 3.1.1 场地工程地质条件
• 3.1.2 水文地质条件
• 3.2 砂卵石场地深基坑锚拉桩支护结构的选择和设计
• 3.2.1 锚拉桩支护结构的适用性
• 3.2.2 锚拉桩支护结构的设计参数选择
• 3.2.3 锚拉桩支护结构设计计算
• 3.3 砂卵石场地深基坑锚拉桩支护结构的监测
• 3.3.1 监测的目的和意义
• 3.3.2 监测设计原则
• 3.3.3 监测项目
• 3.3.4 监测频率
• 3.3.5 监测方法及原理
• 3.3.6 监测报警
• 3.4 砂卵石场地基坑工程实例
• 3.4.1 工程1设计与监测概况
• 3.4.2 工程2设计与监测概况
• 3.5 本章小结
• 第4章 砂卵石场地深基坑锚拉桩支护结构的设计与监测对比分析
• 4.1 研究工程的监测概况
• 4.2 桩身水平位移对比分析
• 4.2.1 量测结果
• 4.2.2 量测结果与设计结果对比分析
• 4.3 桩身钢筋应力及弯矩对比分析
• 4.3.1 量测结果
• 4.3.2 桩身弯矩与设计结果对比分析
• 4.4 锚索内力
• 4.4.1 量测结果
• 4.4.2 量测结果与设计结果对比分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 砂卵石场地深基坑锚拉桩支护数值模拟研究
• 5.1 基本原理
• 5.1.1 有限单元法与杆系结构矩阵分析法
• 5.1.2 有限单元法分析内容
• 5.2 PLAXIS程序简介
• 5.2.1 PLAXIS主要功能
• 5.2.2 土的本构模型
• 5.3 模型的建立
• 5.3.1 网格生成
• 5.3.2 本构模型及参数选择
• 5.3.3 荷载及边界条件
• 5.3.4 计算工况
• 5.4 计算结果及分析
• 5.4.1 桩身水平位移
• 5.4.2 桩身弯矩
• 5.4.3 锚索内力
• 5.4.4 桩身土压力
• 5.5 对基坑状态主要影响因素的分析
• 5.5.1 土体强度参数的影响
• 5.5.2 施工工况的影响
• 5.5.3 嵌固深度的影响
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献