软土地区地连墙与多排钢板桩组合围护结构变形和稳定性研究

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针对软土地区深基坑距周边建筑物越来越近、施工空间越来越小、坑后超载越来越大等特点,提出地连墙与多排钢板桩组合围护结构。本文首先对这种新型围护结构的变形和稳定性进行了分析,然后通过工程实例对比分析了其应用效果和经济效益。最后,通过数值模拟系统分析了组合围护结构主要设计参数的影响规律,提出了设计优化建议,可为工程应用参考。本文的研究结论主要有以下几点:(1)组合围护结构的工作机理可分为两个方面:一是水平方向的拉锚作用和协同作用,组合围护结构在不同的基坑开挖阶段分别可看作拉锚式围护结构与框架式围护结构;二是竖直方向起到传递荷载和地基加固的作用,有利于控制基坑变形和稳定。(2)组合围护结构的稳定性分析表明,多排钢板桩的存在使基坑稳定性系数有不同程度的增加,延缓了基坑塑性区的发展过程,有利于基坑稳定。(3)工程实例分析表明,与基坑南侧的地连墙围护结构相比,采用组合围护结构的北侧地连墙最大水平位移减小约7%-24%,坑后最大地面沉降减小约12%-57%,而且,组合围护结构利于施工、缩短施工工期、减少工程造价、可持续经济效益较高,说明组合围护结构应用效果良好,经济效益明显。(4)反分析获取了宁波地区典型土层HSS模型刚度参数的取值范围、倍数关系和建议值,基于此,提出一种利用工程勘察数据快速获取HSS模型主要参数的取值思路。(5)通过现场实测数据比较,验证了数值模拟分析的合理性,进一步分析了不同因素对组合围护结构变形的影响,对应的变化规律和工程建议如下:1)随组合围护结构排间距的增大,地连墙水平位移先减小后增大再减小,基坑周边地面沉降槽变宽,坑底隆起先减小后增大再减小,其受影响程度分别在6%、2%和12%以内。总体来说,当排间距为4m时,组合围护结构变形控制较好,可用Htan(45°-φ′/2)来控制组合围护结构宽度,若等间距布置,宜取均值。2)随钢板桩桩长的增大,基坑变形不断减小,桩长与基坑开挖深度密切相关,桩长的选择应参考基坑开挖深度。3)组合围护结构变形基本不受顶部连接板厚度变化的影响,依照常规施工。4)组合围护结构采用刚接时,基坑变形较小,因此,建议采用刚接。5)相同坑后超载作用下,随钢板桩排数的增加,基坑周边地面沉降有所减小。钢板桩排数一定时,最大地面沉降随坑后超载的增大而不断增大。组合围护结构设计中,钢板桩排数的选取应依据坑后超载大小而定。当坑后超载为0-20kPa时,建议取一排钢板桩;当坑后超载为30-40kPa时,建议取二排钢板桩。
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