深基坑支护优化及坑中坑开挖对基坑安全的影响

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桩锚支护结构是深基坑常用的支护形式之一,在工程中已获得广泛应用,但桩锚支护结构参数优化设计在工程中应用并不普遍。同时深基坑开挖后再次开挖内坑会对基坑稳定性造成不利的影响,而目前基坑规范尚未对坑中坑开挖对基坑稳定性的影响做出相应的规定,如果坑中坑支护设计不当,会严重影响基坑的安全,因坑中坑开挖而导致的事故屡见不鲜。  论文以安徽省合肥市滨湖新区恒大中心深基坑为研究对象,通过现场勘察、理论分析、现场试验等对拉力型桩锚支护结构参数优化与深基坑开挖过程稳定性进行了系统研究,主要研究内容与结论包括:  (1)合肥地区老黏土拉力型锚索极限拉拔承载力,经验值常取锚索极限拉拔力为10 kN m。通过该地区类似实例分析,指出该基坑若依据该经验值设计桩锚支护结构,设计的锚索长度会显得极不合理。  (2)由于该地区老黏土地层无相关拉拔试验可供参考,设计了锚索锚固力现场拉拔试验,试验结果表明,锚固长度为14 m的地层与注浆体粘结强度标准值为f mg=127.6 kPa,锚固长度为18 m的粘结强度标准值为f mg=132 kPa。  (3)基于现场锚索拉拔试验得到的关键设计参数,依据该基坑原桩锚支护结构设计,应用Flac3d模拟在锚索总长不变的情况下不同桩长、桩刚度、桩间距、锚索角度、预应力以及锚固段的长度对基坑变形的影响,模拟结果表明:适当增大与减小桩长,对变形的影响较小;锚索角度为5~25时,桩体位移变形变化不大,角度超过25时,变形急剧增大;增大预应力可有效减小支护结构变形;增大桩刚度可减小桩中部位移,桩顶位移则增大较多;桩间距对支护结构的变形影响较大,桩间距较大时,不利于桩间土的稳定性;在锚索总长不变的情况下,锚固段与自由段交界处所处坡体内的深度越深,桩体变形越小。  (4)基于桩锚支护结构不同参数的数值模拟,提出了该基坑桩锚支护结构的优化参数:锚索倾角为15;在锚索总长度不变的情况下,第一排至第六排(从上至下)锚索的自由段长度分别为:17m、15m、14m、12m、12m、12m,锚固段长度分别为:10m、14m、15m、18m、18m、11m;选取支护桩直径为1m较为适宜;由于基坑的对安全性要求较高,为了使基坑有足够的安全富裕度,维持桩长为26m不变;增加锚索预应力对造价的影响几乎可忽略,使锚索预应力增大80kN较为适宜;增大桩间距不利于桩间土的稳定性,因此维持原支护设计中桩间距1.6m不变。  (5)针对该深基坑中间区域再次开挖主塔基坑,依据桩锚基坑支护模型,推导了坑中坑支护形式为土钉墙情况下的桩锚支护结构基坑抗隆起稳定性公式;采用强度折减法,应用数值分析软件分析了设计采用的土钉墙支护坑中坑开挖对基坑整体稳定性的影响,说明了该基坑坑中坑开挖设计方案的可行性。  (6)基于数值分析,探讨了深基坑坑中坑不同坑趾系数、内外坑深度比、基坑围护结构插入比对基坑整体稳定性及围护结构变形的影响,结果表明内外坑深度比对整体稳定性及围护结构变形的影响最大,坑趾系数次之,基坑围护结构插入比影响较小。
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