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深基坑桩锚支护结构稳定性分析

作　者: 孔令波
导　师: 赵俭斌
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 岩土工程
关键词: 深基坑桩锚支护结构现场监测试验 MIDAS GTS数值模拟
分类号: TU473.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

自改革开放以来,我国都市化建设、地下空间的利用和开发已经得到大力的发展。我国始终坚持以经济建设为中心,不断加快城市化的步伐。然而土地资源十分有限,城市化建设的步伐被牢牢的限制住。现代城市向城市周边、地区、郊区的扩展却日趋缓慢。因此现在的城市建设把重心放在城市内部的建设,城市建设中不断出现高层建筑和地铁隧道,道路也不断立体化发展,正是地铁隧道的异军突起,深基坑工程的应用范围变得很广,已经到了前所未有的程度。在众多的基坑支护方式中,桩锚支护结构以其独特的优势在基坑支护工程中得到了广泛的应用。跟其他支护方式一样,桩锚支护方式的理论研究还远远滞后于工程实践,正因为如此,桩锚支护结构的受力与变形的研究对基坑支护理论的完善和发展就有着重要的意义。本文以沈阳国际金融中心深基坑工程为背景,对该深基坑桩锚支护结构进行了现场监测试验,通过对现场监测数据的整理,分析了该工程桩锚支护结构的变形规律,得出了支护结构水平位移、桩后土体沉降位移及桩体不同位置的偏移量；并在此基础上,采用MIDASGTS软件用数值模拟的对基坑的支护结构的受力状况与变形特性进行了模拟研究,得到了基坑开挖过程中支护结构水平位移、沉降位移及基坑外侧地表沉降变形规律,同时通过基坑南北两侧剖面模拟开挖情况的对比,分析了不同因素对支护结构变形的影响。主要成果如下：通过分析工程实例数据表明,基坑在未开挖阶段,土体初始应力均匀分布；基坑开挖时,随着开挖深度的增加,在土体卸荷作用的影响下,支护桩两侧因承受不同的土压力而导致支护结构产生水平位移,进而导致基坑顶部产生沉降；支护结构水平位移呈动态变化,伴随基坑整个开挖过程,影响范围约在2-3倍的开挖深度,在开挖完成后,水平位移曲线呈“弓”形,并在一段时间内趋于稳定。根据作者参加的实际工程监测,结合有限元基本理论,采用有限元软件MIDAS/GTS建立了桩锚支护结构的有限元源模型,模拟沈阳国际金融中心深基坑工程桩锚支护结构下基坑变形情况,数值模拟计算的结果和工程现场监测数据具有一致的收敛性。桩锚支护结构支护桩桩身最大变形出现在基坑中上部,约为开挖深度的3/4处。将计算结果和现场实测结果对比发现,计算值均比实测值偏高。仅仅靠增大桩刚度来控制支护结构的变形效果并不理想。当桩刚度已经达到一定强度时,护坡桩的最大水平位移减小的幅度会变得很小,同时随着桩体刚度的增加,支护桩的柔性减小,支护桩顶的水平位移反而增加。所以在通常的设计中,只要支护桩满足强度要求就可以,控制变形采用其他方法。增加预应力桩体水平位移还会不断减小,要注意如果对锚杆施加预应力过大,会产生支护结构在基坑外侧的负弯矩,会影响支护桩的安全性。研究土体参数对支护结构变形的影响,就其中改变弹性模量、内摩擦角、黏聚力和泊松比对支护结构变形的最大位移量影响和支护结构不同深度的影响做了比较。通过分析对支护结构的影响因素,对于桩土接触等问题还需进一步研究,才能得出能满足工程需要的简化计算方法。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目次  8-14
第一章绪论  14-20
  1.1 本文的研究背景  14
  1.2 研究意义  14-15
  1.3 深基坑变形研究现状  15-17
    1.3.1 围护结构变形性状研究  16-17
    1.3.2 锚桩支护体系研究现状  17
  1.4 桩锚支护的分析方法研究现状  17-19
    1.4.1 极限平衡法的研究  18
    1.4.2 弹性地梁法的研究现状  18
    1.4.3 有限元法的研究现状  18-19
  1.5 本文的研究内容  19-20
第二章深基坑特性和支护研究  20-32
  2.1 深基坑概述  20-23
    2.1.1 深基坑工程的定义和特点  20-21
    2.1.2 深基坑支护类型  21-22
    2.1.3 基坑工程安全等级的划分  22-23
  2.2 深基坑的沉降变形机理  23-24
  2.3 桩锚支护结构  24-26
    2.3.1 桩锚支护特性  25-26
    2.3.2 桩锚支护工作机理  26
  2.4 桩锚支护的计算方法  26-28
    2.4.1 极限平衡法  26-27
    2.4.2 弹性地基梁法  27-28
    2.4.3 有限元模拟法  28
  2.5 基坑土压力  28-30
    2.5.1 支护体系设计的土压力理论  28-29
    2.5.2 土压力分布模式  29-30
  2.6 本章小结  30-32
第三章有限元建模分析基本理论  32-38
  3.1 有限元法概述和特点  32
  3.2 有限元法在基坑工程的应用  32-34
    3.2.1 土的本构关系  33-34
    3.2.2 分析方法  34
    3.2.3 土体的弹塑性有限元分析  34
  3.3 MIDAS/GTS有限元软件简介  34-35
  3.4 本文选用模型  35
  3.5 有限元模型  35-36
    3.5.1 模型的简化与说明  35-36
    3.5.2 模型的边界条件  36
    3.5.3 模型的施工步骤  36
  3.6 本章小结  36-38
第四章沈阳国际金融中心基坑实例  38-48
  4.1 沈阳国际金融中心基坑工程概况  38-39
  4.2 沈阳国际金融中心施工现场地质条件  39-40
  4.3 基坑支护方案  40-42
    4.3.1 支护方案原则  40
    4.3.2 基坑支护结构  40-41
    4.3.3 现场锚索施工质量控制  41-42
  4.4 深基坑现场监测方案  42-45
    4.4.0 深基坑现场监测的目的和原则  42
    4.4.1 基坑现场监测项目及方法  42-43
    4.4.2 桩体变形监测孔点  43-44
    4.4.3 监测期和监测频率  44-45
  4.5 现场试验成果分析  45-47
    4.5.1 基坑支护结构的顶部水平位移监测  45-46
    4.5.2 基坑周边地面沉降监测  46
    4.5.3 桩身深层水平位移  46-47
  4.6 本章小结  47-48
第五章结合工程实例模拟深基坑变形与规律分析  48-70
  5.1 有限元模型  48-50
    5.1.1 模型的几何参数  48
    5.1.2 模型的建立  48-49
    5.1.3 模型材料参数  49-50
  5.2 网格划分  50-51
  5.3 模拟施工阶段  51-52
  5.4 模型计算和结果分析  52-62
    5.4.1 基坑水平位移的计算  52-54
    5.4.2 基坑沉降位移的计算  54-56
    5.4.3 实测结果与模拟结果对比分析  56-60
    5.4.4 地表沉降变形分析  60-61
    5.4.5 基坑应力图  61-62
  5.5 不同模型参数对支护结构变形的影响  62-67
    5.5.1 不同锚索预应力对支护结构变形的影响  62-63
    5.5.2 桩身刚度对支护结构变形的影响  63-64
    5.5.3 土层参数对支护结构变形的影响  64-67
  5.6 本章小结  67-70
第六章结论  70-72
  6.1 结论  70-71
  6.2 展望  71-72
参考文献  72-76
作者简介  76
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  76-78
致谢  78

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