地下智能车库基坑装配式支护结构性状分析及优化设计

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随着城市汽车保有量与日俱增,停车困难等问题接踵出现,地下智能车库应运而生。地下智能车库占地面积小,存放容量大,常建设于建筑物密集的城市中心,因此多采用装配式支护结构,施工完成后用作支护结构的拉森钢板桩可回收循环利用。基于城市地下智能车库逐步向标准化方向发展,结合其使用功能,其基坑工程多为形状规则,开挖面积较小,具有两种或多种开挖深度的基坑,即非对称开挖基坑。对于非对称开挖基坑,不同开挖深度使得基坑两侧支护结构受力分布不对称,导致变形不对称,甚至向一侧发生整体平动位移,使得开挖较浅侧支护结构产生“推回”位移,基坑的受力变形更为复杂。因此,研究非对称开挖条件下基坑装配式支护结构受力变形规律具有重要的理论意义和工程价值。本文根据地下智能车库基坑工程的特点,采用有限元软件ABAQUS建立了非对称开挖条件下的基坑采用非对称装配式支护结构的计算模型,依据分层施工工序分析基坑开挖过程中支护结构的受力变形规律,研究支护结构参数变化对基坑受力变形的影响,并在此基础上运用MATLAB分析非对称开挖基坑内撑式支护结构受力变形计算方法,最后结合工程案例对原支护方案进行优化设计。主要研究结论如下:(1)依托实际工程案例,利用有限元软件ABAQUS建立非对称开挖条件下基坑采用装配式支护结构的有限元模型,分析基坑土体竖向变形、支护结构受力变形规律,研究发现:在非对称开挖条件下,开挖较深侧土体变形大于开挖较浅侧土体,两侧支护桩侧向变形曲线呈非对称分布,支护结构整体向开挖较浅侧水平移动;当采用多道内支撑支护时,非对称开挖对最下道内支撑轴力变化影响最大;在非对称开挖条件下,基坑采用非对称支护结构会使两侧土体非对称变形差异减小。(2)基于单因素分析方法,分析内支撑刚度、内支撑间距和支护桩嵌固深度不同时非对称开挖基坑支护结构受力变形规律。研究表明:随着内支撑刚度的减小,两侧支护桩向坑内变形增大,开挖较浅侧支护桩变形比开挖较深侧支护桩变形更为明显,浅侧支护桩被推回的位移有所减小;随着内支撑间距的增大,支护结构整体由于非对称开挖导致的平动位移有所减小,浅侧支护桩桩身内力变化较深侧支护桩大;减小浅侧支护桩嵌固深度可以使基坑两侧土体变形更加趋于一致,对两侧支护桩桩身内力变化影响较小。(3)考虑非对称开挖对内撑式支护结构受力变形的影响,根据弹性整体结构法,基于最小势能原理,建立支护结构侧向变形曲线方程,采用MATLAB软件计算支护结构侧向变形曲线系数,并将理论计算值与数值模拟结果进行对比分析。(4)结合实际工程案例,采用稳定性分析方法,探究内支撑刚度、内支撑间距和支护桩嵌固深度对基坑各个关键评价指标的影响,从而对支护方案进行优化。结果表明:对于非对称开挖基坑,内支撑刚度变化对开挖较浅侧基坑关键指标的影响程度最小,浅侧支护桩嵌固深度变化对开挖较深侧基坑关键指标影响程度最小;基于上述分析对内支撑刚度和浅侧支护桩桩长进行优化,优化后的方案不仅满足基坑开挖过程中的稳定性和安全性要求,还减小了基坑变形的非对称性,降低了工程成本,达到了较为理想的优化效果。
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