深基坑双排桩-锚杆支护结构的现场试验与数值模拟研究

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双排桩支护结构是由两排钢筋混凝土桩、两桩之间的连梁和桩顶的冠梁组成的空间门架式结构体系,这种结构抗侧移刚度较大,能够有效地限制支护结构的侧向位移。与单排悬臂桩相比,双排桩支护结构具有更大的抗侧移刚度,能够更有效地限制支护结构的变形;与桩锚支护结构相比,能够避免因锚杆施工引起的涌水流砂风险;与内支撑式围护结构相比,具有后续土方开挖施工方便,节省工期等优点。双排桩-锚杆支护结构结合了双排桩与桩锚支护的优点,近年来得到了推广应用,对于双排桩-锚杆支护结构的研究,国内外学者已经在计算模型、模型试验、数值模拟等方面已有了一定的成果,但缺少较为完整的现场测试,因此对该支护方法的研究仍需继续深入。主要的研究内容如下:1.以某深基坑工程实例为依托,围绕双排桩-锚杆支护体系的受力特性开展了系统的现场测试,研究了不同开挖工况下双排桩的桩身内力、桩顶位移、土压力、土体深层位移等变化规律。2.借助ABAQUS有限元软件构建了三维有限元模型,将数值模拟结果与现场的实测数据进行了模拟检验和比较分析。3.通过有限元数值模拟改变不同的参数,如桩径、桩排距、桩长等,分析在不同工况下,双排桩支护结构的变形和受力特征。通过上述研究,得到了以下结论:1.对于黄河冲积地层下的深基坑工程,双排桩-锚杆支护结构能起到较好的支护效果。2.在前后排桩排距为5D(D为桩径)时,前排桩的弯矩呈“S”形,后排桩的弯矩呈抛物线形,后排桩和锚杆共同起到了锚拉的作用;连梁为压弯构件,在整个支护体系中发挥了重要的作用,确保前后排桩间的协调变形,控制了桩顶位移的发展,在实际工程中应充分考虑前后排桩和连梁、冠梁的结点处理,才能更好地发挥双排桩的支护性能。3.在基坑开挖过程中,支护结构承受的土压力整体上在不断减小,在开挖深度和时间效应共同影响下,土压力的变化具有一定的滞后性;前后排桩和连梁的弯矩受时间影响较大,基坑开挖到既定深度之后,随着时间的变化,支护体系所受弯矩逐渐增大,说明在双排桩和连梁的受力变化相对于基坑开挖有明显的滞后效应。4.通过对不同参数的数值模拟分析得出:改变桩身弹性模量,对双排桩的弯矩和位移影响不大;通过增加前后排桩的桩距,能够有效地限制桩身位移,尤其是对桩顶位移的限制,并且“鼓肚子”的特征越来越明显;通过增加桩径,前后排桩的桩身弯矩均明显增大,并能有效地控制桩身位移;通过增加桩长,能减小桩身的位移,尤其是当插入比大于1后,其变化尤为明显;通过增加锚杆的预应力,能有效地控制支护结构的位移。
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