复合土钉墙支护设计参数敏感性分析及边坡变形规律研究

由土钉和预应力锚索组成的复合土钉墙支护结构可以有效加固周围土体,控制基坑变形,被广泛应用于基坑支护设计中。以济南西客站站前广场基坑工程复合土钉墙支护设计为例,通过FLAC3D有限差分软件数值计算和现场监测分析,采用弹塑性实体单元和线性锚杆单元,考虑锚杆与土体相互作用,通过对土钉和预应力锚索组成的复合土钉支护结构进行开挖支护施工全过程的三维动态模拟分析。分析基坑坡面水平位移、坑底隆起、地表沉降、土钉轴力、预应力锚索轴力等变化规律,研究复合土钉墙的受力机制,探讨土钉和预应力锚索的共同作用机制。分析土体各种力学参数和锚杆间距、锚索预应力等设计参数对基坑变形影响的敏感性,并与监测数据进行对比分析。研究表明,锚杆与土体相互作用力学模型能较好模拟复合土钉墙支护施工过程,计算精度较高;土体黏聚力、摩擦角、土钉间距、锚索预应力等对基坑边坡变形的影响较大,计算结果可为复合土钉墙设计参数选取提供参考     

改进的杆系有限元在预应力锚杆柔性支护法中应用

现在基坑设计中常用的杆系有限元计算方法是基于桩墙和锚杆联合支护的,不适用于预应力锚杆柔性支护。根据预应力锚杆柔性支护法的施工特点,改进了杆系有限元计算模型,提出柔性支护的开挖荷载计算方法,使之可以适用于预应力锚杆柔性支护法。编制了相应的计算程序,最后对一个实际工程进行计算分析,结果表明,用改进后的杆系有限元方法可以计算出预应力锚杆柔性支护的基坑水平位移、锚杆轴力,计算值与实测值较为吻合。     

土钉墙数值模拟在干船坞坞墙中应用探讨

从减少基坑开挖过程中坞墙位移和控制坞壁渗水角度出发,利用数值模拟分析,探讨在深基坑开挖中得到广泛应用的普通土钉墙和用于船坞坞室基坑开挖中的复合土钉墙技术,将联合劲性水泥土搅拌桩的复合土钉墙用于干船坞的坞墙结构。从工程探讨角度,研究土钉联合劲性水泥土搅拌桩、预应力锚杆的复合土钉墙在干船坞这一特定条件下的应用问题,并通过分析模拟结果,为干船坞坞墙设计施工过程中安全问题提出一些注意点     

预应力短锚杆在深基坑工程中的应用

北京市二环内某工程紧邻已有地上17层、地下2层居民住宅楼,最近处相距13.5 m,周边环境复杂,开挖深度14.0 m;17层住宅楼2003年基坑开挖深度10.5 m,采用上部摘帽土钉墙,下部悬臂桩支护;常规基坑支护设计的难题是由于楼间距太小从而导致预应力锚杆长度不足。本工程设计时将常规锚杆拆分成预应力短锚杆,增加锚杆布设密度,改良基坑后岩土体,提高其整体性,限制基坑变形;施工中对坡顶水平位移、沉降、周边楼座沉降、锚杆轴力、深层土体位移分别进行监测。监测数据表明:护坡桩桩身呈现悬臂桩倾斜特征,水平位移最大不超过5 mm,锚杆轴力监测数据小于锁定荷载,其它各项数据均正常;最终基坑成功实施,目前已经回填完毕。本工程可供类似工程借鉴参考。     

深大基坑桩锚支护监测与数值分析

对解放军总医院27.4 m深大基坑桩锚支护结构水平位移、桩体深层水平位移、竖向位移、锚杆轴力及周边道路沉降等监测数据与数值计算结果进行对比分析,结果表明,基坑支护结构水平位移、桩体深层水平位移、竖向位移变形较小,均远小于规范规定的预警值;各道锚杆相互协调,但锚杆轴力存在一定的预应力损失;周边道路沉降最大为4.8 mm,远小于基坑预警值。分析表明该基坑选取的支护结构设计合理,基坑开挖过程中支护结构的监测值与数值计算数据结果吻合较好,可为类似工程提供参考。     

邻近建筑物的滨海土岩组合基坑支护结构变形分析

以邻近建筑物的滨海土岩组合基坑工程为例,选用微型钢管桩-锚杆-土钉支护方式,基于现场实测数据和PLAXIS有限元软件,探讨不同土体本构模型对基坑开挖引起支护结构变形问题的适用性,在此基础上,研究本案例支护形式中两个关键因素(锚杆预应力系数、微型钢管桩抗弯刚度)对支护结构变形的影响规律。计算结果表明:HS、HSS模型中基坑开挖引起的地表沉降模式相似,与实测值的变化趋势一致。随着基坑开挖深度的增加,MC、MCC模型计算的桩身水平位移值与实测值的误差逐渐增大,HSS模型能较准确地描述邻近建筑物超载、基坑开挖卸载引起的桩身水平位移的变化规律。不同锚杆预应力系数η、微型钢管桩抗弯刚度情况下,桩身水平位移最大值均出现在地表处。第一道锚杆的预应力系数η对锚杆和地表处水平位移的控制具有显著影响,取第一道锚杆处桩身水平位移为零,可以确定η的取值范围,根据基坑周围环境对水平变形的要求,选取合适的η目标值,最后根据η目标值确定钢管桩抗弯刚度,从而使锚杆-微型钢管桩形成变形协调的支护体系。     

超期服役基坑的监测及数值分析

在工程建设期间,经常会出现由于设计调整、土地转让、建设方资金不足等情况,造成支护结构超期服役现象,从而增加工程风险,但是对其进行数值模拟分析目前比较少见。结合实际工程算例,运用有限元软件MIDAS,选择合理的本构模型,对基坑的支护结构进行了数值模拟。结果表明:基坑最终水平位移最大值出现在第2道锚杆处,且随着拉力减小,基坑的水平位移有所增大;基坑地表沉降和坑底隆起随着开挖深度增加而增大;锚杆轴力随着基坑开挖深度增大,轴力衰减范围为9%~37%,且轴力减小后衰减依然比较明显;数值结果与实测结果趋势相吻合,表明超期服役的基坑工程应引起必要的重视。     

粉质砂土土钉墙水平位移与土钉轴力的FLAC3D研究

以物理模型土钉墙的破坏性试验获得的土体的基本参数和模型的尺寸为基础,应用FLAC3D软件建立土钉墙数值模拟模型。通过数值模型模拟基坑开挖与支护过程,并监测该过程中的土钉墙墙体沿深度方向水平位移情况和各层土钉的轴力变化情况以及它们之间的关系。支护过程结束后,在墙顶分级施加竖向荷载直至墙体产生较大变形,研究了土钉墙在超载状况下的工作状况以及破坏过程,并与物理模型土钉墙的破坏性试验结果进行对比。研究发现,开挖过程中墙体水平位移底部大于顶部,呈“勺形”分布;墙体水平位移最大处附近的土钉轴力也最大;粉质砂土土钉墙变形超过基坑开挖深度的4‰后,墙体的稳定性会极大降低;粉质砂土土钉墙没有下卧软弱层时,在地面超载作用下其破坏形式为体内破坏,表现为部分土体沿滑裂面向下滑动。     

深基坑土钉和预应力锚杆复合支护方式的探讨

土钉与预应力锚杆的复合支护方式是当前基坑工程中经常采用的支护方式。结合工程实例,利用有限元软件PLAXIS,合理选择本构模型,对土钉和预应力锚杆复合支护方式和土钉墙两种支护方式的基坑边坡稳定系数和边坡变形进行了分析。分析结果表明,在土钉和预应力锚杆的复合支护方式中,预应力锚杆的位置比较重要,通常锚杆的位置越靠近坡顶,则锚杆发挥的作用越大,效果越理想;土钉和预应力锚杆的复合支护方式与土钉支护相比,位移有所减小,但合理选择锚杆的数量和预应力值对最终效果有一定影响;基坑边坡的局部放坡有利于控制基坑坑口的最大水平位移。     

双排桩-锚杆支护的有限元模拟

基坑支护模型往往在计算假定的基础上建立,而依据计算假定建立的模型往往不能得到和实际相符的结果。但有限元软件可以较为真实的模拟基坑开挖的过程中应力和位移的变化情况,是土工数值分析的重要手段。本文运用大型有限元软件ABAQUS建立双排桩-锚杆结构有限元模型,全面的考虑土体的特性、桩土的共同作用及桩间土对支护结构的影响等因素,分析支护结构在土体开挖荷载作用下的内力和变形,为设计和施工提供了参考。     

Failure Mechanism of Soil Nail—Prestressed Anchor Composite Retaining Structure

Enhancing the strength of retaining structure with soil nails and prestressed anchors is a new technique that can be used in the excavation of deep foundation pit. Finite element analysis (FEA) based on ABAQUS is presented in this paper to investigate the failure mechanism of such retaining structure. The model used in the FEA is firstly validated by comparing the modelled results with field measurements for a specific case. The model is then extended to investigate the influence of the prestressed anchor on the (1) horizontal deformation of foundation pit and (2) the distribution of axial forces along the soil nails. It is found that the magnitude of anchor force is the key factor governing the performance of the entire retaining system. However, the influence of the prestressed anchor is sensitive to the rigidity of the concrete surface layer of the retaining structure. Based on the results of the modelling, the failure mechanism of soil nail—prestressed anchor composite retaining structure is discussed.     

土钉墙变形规律及其相关性的实测研究

根据基坑坡顶水平位移与沉降的实测数据,讨论了土钉墙坡顶水平位移和沉降以及水平位移与沉降之比的规律,并利用统计方法对其相关性进行了分析,根据实际施工工况与实测数据对比,指出影响土钉墙变形的关键因素及控制土钉墙变形的有效措施。实测数据分析结果表明：基坑坡顶变形的空间效应明显;采用放坡或坡顶卸载可以有效地控制土钉墙的变形;在基坑上部设置预应力锚杆对基坑变形控制具有明显的效果;基坑坡顶的沉降随其水平位移呈非线性增加,沉降与水平位移比与其水平位移基本呈线性增加;土钉基坑发生破坏时的坡顶水平位移的警戒值为0.8 %～1.0 %H。     

复合土钉墙技术在陕西国土资源大厦深基坑工程中的应用

在陕西国土资源大厦深基坑支护工程中,采用水泥土搅拌桩-土钉墙和预应力锚杆的复合土钉墙技术。介绍了施工技术要点及实际施工效果。     

粗颗粒土层组合中的超深基坑复合土钉墙支护的合理性分析及探讨

对粗颗粒土层组合的超深基坑,采用了复合土钉墙支护结构形式进行设计,并对该深基坑的开挖及支护过程进行了系统监测。主要监测项目有土钉钢筋受力、锚索轴力及坡顶水平位移,通过对监测结果进行系统分析,并与传统的受力模型进行对比,分析本基坑在此方面的普遍性与特殊性,找出成功点与失败点,为今后类似工程提供借鉴。     

预应力锚索复合土钉支护的现场测试研究

结合北京熊猫环岛地铁车站深基坑支护工程,通过对预应力锚索与土钉联合使用条件下土钉轴力随时间变化、土钉轴力沿长度的分布、土钉轴力最大值的分布、锚索预应力的变化等现场测试及分析,从力学机制上研究了预应力锚索复合土钉的工作机理,研究表明:(1)土钉受力具有时间效应及开挖效应;(2)土钉轴力形成和空间分布与基坑潜在滑动趋势有关;(3)预应力锚索对作用范围内土钉轴力空间分布有一定影响;(4)预应力锚索可减小坡体位移,使得各土钉轴力相对减小,改善坡体应力状态;(5)工作状态下,土钉和预应力锚索的受力状态变化相互影响较小,各自发挥作用。     

微型钢管桩用于岩石基坑支护的作用机制分析

微型桩由于施工方便、快速在基坑工程中得到了广泛应用。以微型钢管桩-喷锚联合支护的岩石基坑工程为对象,通过数值模拟,分析微型钢管桩在岩石基坑支护中的作用机制。分析表明,当基坑地层中存在较厚的强风化岩层或性质较差的岩层时,设置在其中的微型钢管桩能有效地减小基坑水平位移,并合理调配预应力锚索的拉力,同时,微型钢管桩承受较大的弯矩和轴向压力,在设计中宜考虑微型钢管桩的有利作用,计算时应验算弯矩和轴向压力联合作用下微型钢管桩的安全性;设置在性质较好的中风化和微风化岩层中的微型钢管桩,对基坑作用很小,可考虑不设置微型钢管桩支护。     

复合土钉墙支护模型及在深大基坑工程中的应用

土钉墙是用于基坑开挖和边坡稳定的一种挡土结构,将土钉与预应力锚杆结合形成复合土钉墙结构。根据土钉、预应力锚杆和土体的联合作用机理,提出钉-锚-土联合作用模型模拟复合土钉墙的支护锚固效应。将该力学模型用于指导设计一深大基坑支护工程,使基坑支护设计方案得到显著优化,确保了基坑开挖稳定和周边环境的安全,基坑支护获得圆满成功。     

利用 FLAC 3D 对基坑支护数值模拟分析

FLAC 3D 是岩土工程中广泛应用的软件。本文以某地区基坑为背景,进行土钉墙支护设计,并利用 FLAC 3D 软件对土钉墙支护前后进行数值模拟。在基坑开挖完成后,边墙位移一般为 20 ～ 40 cm,最大位移为 45 cm。采用土钉墙支护后,边墙的位移为 2 ～ 4 cm,最大位移为 6 cm。对比表明,土钉墙支护能够有效的阻止基坑的变形,维持基坑的稳定。同时,根据土钉的轴力分布特征,分析基坑在不采取支护措施的情况下将发生滑移破坏。