深基坑双排桩支护结构侧向位移分析

论文摘要

双排桩是近些年兴起的一种新的深基坑支挡结构,具有侧向刚度大、施工方便、稳定性能好等优点,但双排桩受力机理复杂,尚缺乏较为成熟的计算方法和设计理论。根据工程中常用的几种计算模型,指出了各自的优缺点,同时建立了新的双排桩计算模型。该法以有限元理论为基础,考虑了桩土共同作用,采用接触面模拟桩土的共同作用,方法简单、参数易选取、概念鲜明,经实例验证是基本可行的。采用大型的有限元软件ABAQUS进行双排桩支护结构影响参数的研究,主要分析了支护结构形式、前后排距、桩桩心距、桩间土体强度、冠梁刚度、嵌固深度等对双排桩的支护性能的影响,同时得出了前后合理排距等一系列相关结论,可用于指导该类支挡结构的设计。取得的主要研究成果如下：1.改变双排桩支护结构形式,对于支护结构内力的分布影响较大,而对于支护结构的位移影响相对较小。相对于矩形桩支护结构形式而言,梅花桩支护结构形式下前后排桩正负弯矩值比较均匀,充分发挥了支护结构的工作性能,更适合应用在基坑支护工程中。2.增大排距可以有效控制变形,但支护结构内力相应增加。排距在2/5L0～4/5L0之间时较为合理,当排距>L0时前后排桩内力分布不均匀性加大,前排桩桩身最大弯矩值远大于后排桩桩身最大弯矩值。3.双排桩支护结构桩心距增加,支护结构侧向位移变大,支护结构内力大幅度增大。虽然桩心距越小对于支护结构而言越有利,但是实际工程中我们同样要考虑工程造价、工程施工工期等多方面的综合因素。在满足变形控制要求等指标的情况下,我们应该尽可能减少工期和最大程度降低工程造价。当桩心距处于1.5～2.5倍的桩半径时,前后排桩内力相差较小,可以使结构充分发挥其工作性能。4.适当增加桩间土体强度可以有效控制双排桩支护结构侧向位移,且双排桩支护结构内力变化不大。5.冠梁刚度超过临界刚度时,增加冠梁刚度并不能减小结构变形；相反未达到临界刚度,冠梁刚度增加可以有效提高结构整体稳定性,有利于结构变形控制。6.在满足最小嵌固深度要求基础上,增加前后排桩桩长均可以有效的提高结构整体稳定性,而且增加后排桩桩长可以有效的控制结构变形。7.应用有限元软件ABAQUS分析研究了拟建项目基坑工程中双排桩支护实例的结构内力与变形,并且与现场监测资料作了对比分析。计算结果与现场实测内力与变形规律基本吻合,从而说明采用有限元软件ABAQUS计算的结果是可信的,论文最后针对双排桩结构的设计与施工提出了建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 深基坑工程的主要特点及存在的主要问题
• 1.2.1 基坑开挖与支护状况及基坑工程的特点
• 1.2.2 我国基坑开挖与支护存在的主要问题
• 1.3 深基坑支护体系的选型原则
• 1.4 双排桩支护结构体系和研究现状
• 1.4.1 工程意义
• 1.4.2 双排桩支护结构体系研究现状
• 1.4.3 双排桩支护结构的布桩形式
• 1.4.4 双排桩支护结构的主要特点
• 1.4.5 双排桩支护结构的优缺点
• 1.5 本文选题意义和研究内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 研究内容
• 2 常用双排桩支护结构分析方法
• 2.1 弹性地基梁法
• 2.1.1 计算模型
• 2.1.2 内力计算分析
• 2.2 修正系数法
• 2.2.1 基本假定
• 2.2.2 土压力的计算
• 2.2.3 桩的计算模型及内力
• 2.3 桩间土刚塑性分析法
• 2.4 体积比例系数法
• 2.4.1 基本假定
• 2.4.2 土压力的确定
• 2.4.3 双排桩支护结构的内力计算
• 2.5 等效抗弯刚度法
• 2.6 有限元法
• 2.7 小结
• 3 双排桩支护结构的有限元计算模型
• 3.1 有限单元法发展概况
• 3.2 ABAQUS有限元软件
• 3.3 八节点六面体等参单元
• 3.3.1 形函数
• 3.3.2 等效荷载列阵
• 3.3.3 几何方程
• 3.3.4 单元劲度矩阵
• 3.4 接触面理论及应用
• 3.4.1 接触面的法向模型
• 3.4.2 接触面的摩擦模型
• 3.5 挖方问题的模拟
• 3.5.1 开挖计算的主要问题
• 3.5.2 开挖面上应力释放的模拟
• 3.6 本章小结
• 4 双排桩支护结构挡土性状的有限元分析
• 4.1 基本计算方案
• 4.2 支护结构形式对结构性能的影响
• 4.3 双排桩支护结构排距对结构性能的影响
• 4.4 双排桩支护结构桩心距对结构性能的影响
• 4.5 桩间土体模量对结构性能的影响
• 4.6 冠梁刚度对结构性能的影响
• 4.7 嵌固深度对结构性能的影响
• 4.7.1 最小嵌固深度
• 4.7.2 前排桩嵌固深度影响规律
• 4.7.3 后排桩嵌固深度影响规律
• 4.7.4 前后排桩嵌固深度影响规律
• 4.8 本章小结
• 5 双排桩支护结构的工程应用研究
• 5.1 工程概况
• 5.1.1 工程概况
• 5.1.2 工程水文地质条件
• 5.1.3 围护结构的选型
• 5.2 双排被支护监测方案
• 5.3 双排桩有限元计算方案
• 5.3.1 有限元计算模型
• 5.3.2 初始应力平衡
• 5.3.3 计算结果分析
• 5.4 监测结果与计算结果的对比
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文