大型深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性研究.pdf

1、近年來隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的飛速發(fā)展，越來越多的高層建筑和地下軌道交通集中在城市中心區(qū)域，由此產(chǎn)生大量的深基坑工程。由于城市中心建筑物密集、場地狹窄、施工周邊環(huán)境極其復(fù)雜，從而增加了基坑支護(hù)的難度，對基坑支護(hù)的安全性要求也更加嚴(yán)格。深基坑施工安全與其支護(hù)結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)，研究支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，保證基坑工程施工安全，逐漸成為工程界研究的熱點(diǎn)問題之一。排樁-內(nèi)支撐是20世紀(jì)80年代開始應(yīng)用及發(fā)展起來的一種新型支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，因其具有施工方便、投

2、入少、工期短、變形控制強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，已然成為深基坑支護(hù)的首選方案，尤其是在軟土地質(zhì)條件下的應(yīng)用。本文依托工程處在典型的軟土地區(qū)，武漢地區(qū)處長江中下游河段，由于水流分選作用，由上到下沉積顆粒由粗到細(xì)，河漫灘相具有典型的相變規(guī)律在長江沉積碎屑搬運(yùn)水力條件和兩岸洪泛區(qū)、湖泊和河塘等沉積環(huán)境的更替作用下，在一級階地上形成了一套第四系全新統(tǒng)河湖相沖積層，具有典型的軟弱粘土層與下伏砂土層構(gòu)成的二元地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種地層基坑事故率高。然而基坑理論研究嚴(yán)重

3、滯后于工程實(shí)踐，排樁-內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特征、約束狀況、變形強(qiáng)度特性以及穩(wěn)定性影響因素等諸多方面都有待進(jìn)一步深入研究。
　　本文以長江一級階地典型軟弱粘土層下伏砂土二元地質(zhì)環(huán)境下建筑深基坑排樁-內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)為研究對象，以武漢長江傳媒大廈基坑工程為依托，重點(diǎn)研究排樁-內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性及其影響因素。首先通過查閱文獻(xiàn)，掌握基坑工程研究現(xiàn)狀與存在的問題；采用ANSYS、天漢（V2005）軟件，建立土體-支護(hù)樁-內(nèi)支撐計(jì)算模型，

4、分析土壓力分布，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力、變形和破壞特征；研究依托工程的監(jiān)控方案并予以實(shí)施；通過理論計(jì)算與實(shí)測結(jié)果對比分析，明確了排樁-內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，破壞特征及影響因素，提出了支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，完善了相應(yīng)的理論成果，為類似工程的設(shè)計(jì)計(jì)算提供參考。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　?。?）研究長江一級階地二元地質(zhì)環(huán)境下深基坑排樁-內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征、土壓力分布模式，為建立數(shù)值計(jì)算模型，制定施工安全監(jiān)控方案提供理論指導(dǎo)。
　　

5、（2）支撐內(nèi)力與其邊界約束條件和其周邊圍壓分布模式密切相關(guān)，基于天漢（V2005）軟件，建立內(nèi)支撐平面計(jì)算模型，分析不同約束、不同圍壓分布對支撐內(nèi)力、變形的影響及破壞特征，為優(yōu)化內(nèi)支撐設(shè)計(jì)提供參考。
　?。?）基于ANSYS軟件平臺，建立了排樁-支撐-土體共同作用有限元計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)基坑開挖過程模擬，對周圍土壓力、排樁內(nèi)力、支撐內(nèi)力等進(jìn)行定量分析。得出隨著基坑開挖深度增大，支護(hù)樁水平位移、彎矩和剪力均明顯增大，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高時，各

6、指標(biāo)值達(dá)到最大值，并趨于穩(wěn)定；內(nèi)支撐軸力隨開挖深度增大亦呈現(xiàn)相同變化規(guī)律的結(jié)論。
　?。?）設(shè)計(jì)了長江傳媒大廈深基坑工程監(jiān)控方案，重點(diǎn)對支護(hù)樁內(nèi)力、內(nèi)支撐、周邊土體等進(jìn)行施工監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，支護(hù)樁彎矩、水平位移值隨基坑開挖加深而逐漸增大；支撐軸力隨開挖加深而增大，并趨于穩(wěn)定；支護(hù)樁和內(nèi)支撐監(jiān)測值未超過警戒值。既保障了施工安全，也為地方規(guī)范修訂積累了數(shù)據(jù)。
　?。?）理論計(jì)算與監(jiān)測成果分析表明，內(nèi)支撐、支護(hù)樁及土壓力等各項(xiàng)

7、力學(xué)指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果吻合較好。通過監(jiān)測與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對比反演分析表明，在典型二元地質(zhì)環(huán)境中深基坑排樁-內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)周邊土壓力近似三角形分布、內(nèi)支撐平面上三角形+矩形組合圍壓分布模式與本工程實(shí)際最吻合。
　　（6）利用土體-支護(hù)樁-內(nèi)支撐共同作用模型分析影響支護(hù)樁位移及土體位移的主要因素，為進(jìn)一步優(yōu)化支護(hù)樁設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，武漢長江傳媒大廈深基坑工程排樁-混凝土內(nèi)支撐的成功應(yīng)用，確保了基坑本身及周圍建筑物、道路的安全，具