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深基坑工程是近几年发展起来的一门新兴学科,是结合岩土工程与结构工程的综合性工程。随着我国城市化进程的紧密推进,“深、大、紧”基坑工程在我国逐渐普遍起来,特别市沿海软土地区,基坑工程的发展正面临着巨大的契机。
双排桩支护技术是一种新型的支挡形式,始于上世纪80年代。这种支挡形式由前后两排桩组成,桩顶由连梁和冠梁连接,这种支护形式有着很大的侧向抗弯刚度,能较好控制变形,适宜于开挖较深的大面积基坑。虽然双排桩技术在工程应用中发展非常迅速,但理论界始终未对其计算模型达成共识,此亦是双排桩计算模型成为研究热点的原因之一。前人对双排桩支护结构计算模型的研究主要经历了三个阶段:门式刚架模型、土拱效应模型、框架计算模型,其发展过程主要围绕桩间土压力的分配问题和空间协同作用而展开。从起初较为单一的桩间土压力平均分配逐步演变为考虑土拱效应、冠梁协同作用的框架式计算模型。
基于土拱效应、冠梁协同作用两方面开展研究,提出空间框架-地基梁计算模型。这种计算模型将双排桩计算单元沿坑底截开,将其划分为上下两个较为独立的部分。视上半部分为典型的空间框架,受到土拱效应、框架梁空间协同作用的共同影响;视下半部分为典型的弹性地基梁,桩后主动土压力受到冠梁的协同作用并考虑破裂角与排距的关系。这种算法能较合理的计算出冠梁的内力,以指导工程设计,有着重要的实践意义。
第一、本文总结了双排桩支护结构计算模型的研究现状,并对其发展趋势做了分析,指出空间框架-地基梁计算模型的研究意义。
第二、介绍了双排桩支护结构的内容,从其组成形式、常见布置类型、适用范围等方面进行了阐述。着重对空间框架-地基梁计算模型的建立思路进行了说明,并归纳了该模型的具体内容。
第三、分析了桩周土体与桩之间的相互关系,借助土拱效应,对桩周土体进行分区,并推导出桩间土拱效应对桩体产生的附加土拱应力和桩后主动土压力的计算公式。同时,沿着坑底开挖面将双排桩计算单元截开。上半部分按底端固定的框架结构施加荷载,下半部分按弹性地基梁施加荷载,上半部分按照空间框架的模型进行内力求解,求解方法为空间位移法。下半部分按照winkler弹性地基梁的模型进行内力求解,求解方法为综合刚度理论和双参数法。编写求解内力的matlab程序,将上下两半部分求出的变形及内力进行矢量求和,即得到双排桩计算单元的变形与内力。
第四、以具体的工程项目为研究对象,进行分析和计算。同时采用传统的模型和空间框架-地基梁模型进行计算,将二者的计算结果进行对比,同时分析其工程经济性能,以验证该模型的可行性和优越性。
通过对双排桩计算模型的分析和研究,提出新的计算模型以推进计算理论,为工程设计提供指导。