围护体插入深度与刚度对基坑变形的影响

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围护体插入深度与刚度对基坑变形的影响

围护体插入深度与刚度是影响基坑变形的重要因素。围护体插入深度直接影响基坑的稳定性及周围土体的位移。当插入深度不足时,基坑底部可能出现隆起或土体滑移现象,导致围护结构向外侧位移增大,从而引起地表沉降和周边环境的破坏。而适当增加插入深度可以有效抑制坑底隆起,减少围护结构的水平位移,提高整体稳定性。

围护体的刚度则决定了其抵抗外部荷载的能力。较高的刚度能够减小围护结构在施工过程中的变形幅度,降低对周边环境的影响。然而,刚度过高可能导致土体应力重新分布不均匀,增加坑内土体的侧向压力,进而引发更大的地表沉降。因此,合理设计围护体的刚度至关重要。

综合来看,围护体插入深度与刚度需根据地质条件、基坑规模及周边环境要求进行优化设计。通过合理匹配两者参数,可有效控制基坑变形,确保施工安全并保护周边建筑物和地下设施。此外,数值模拟与现场监测技术的应用也为深入研究这一问题提供了重要手段。

拟定基坑的开挖深度为8m,按照比较分析的要求 采用悬臂式围护结构或者单道内支撑支护形式。

为便于比较各种因素对基坑变形的影响层的高级豪华高层商住楼施工组织设计,假定土 体为均质各向同性材料,表1为土层计算参数。

(1)支护结构线弹性模型已为大家所熟知,只有 弹性模量E和泊松比μ2个参数,其刚度矩阵为D:

中,P。为大气压力;R、K、n、F为模型参数,可由 测定:S为应力水平,S和A分别按下式确定:

2004 No. 10

计算范围:x向自桩体向前5m,向后50m;y向自 地面向深处取40mo 边界条件:除地表面作为自由边界外,其余边界皆 取为法向约束边界。 为模拟支护结构的工作状态,将支护结构沿厚度 方向剖分2层单元,并考虑到挡墙与土体的相互作用, 在挡墙与土体之间设置了薄层单元。共剖分2146个 节点和2052个单元,其中主要为四边形四节点等参 元。最终开挖结束时单元网格剖分情况如图1所示。

插入深度(h)依次取2、5、7、9m,计算结果及分析 如表2和图2所示

表2 不同插入深度下桩体的最大侧移及发生位置

图2不同插入深度下桩体的侧向位移曲线

由图2可见,当桩体的插人深度只有2m时,桩体 的底端位移明显大于顶端位移,发生了“踢脚”现象,这 表明支护结构已经破坏。插人深度5m以上的桩体位 移曲线线形比较一致,各条位移曲线主要的区别在于: 插人深度越大,顶端位移越小,底端位移也越小,发生 最大位移的位置逐渐下移,向坑底靠近。 从图2还可看出,当桩体的插入深度较小时,增加 插人深度对减小桩体的最大侧移有比较明显的效果, 但当插人深度超过5m后则几乎没有作用,可见,对具

施占新:围护体插人深度与刚度对基坑变形的影响

体的基坑工程,不能为减小桩体的侧向位移而盲目增 加插人深度

桩体的刚度EI分别取1.0×10、3.5×10、7.5× 10、1.0×10°kN·㎡²,图3为不同刚度下桩体的水平位 移曲线,表3为桩体最大位移及其发生位置。

图3不同刚度下桩体的水平位移曲线

表3不同刚度下桩体最大水平位移及发生位置

司刚度下桩体最大水平位利

由图3可见,随着桩体刚度的增加,桩体的水平位 移不断减小;桩体最大位移的发生位置不断向桩顶靠 近,坑底处的位移不断减小,说明桩体刚度对桩体位移 的分布有比较大的影响。 从图3还可看出,当桩体刚度较小时,增加桩体刚 度对减小桩体的最大位移有比较明显的效果,但是,当 桩体刚度超过一定值后,对减小桩体的最大位移几乎 没有作用。可见,对具体的基坑工程,不能为了减小桩 体的侧向位移而盲目增加桩体刚度。

对于单道支撑情况下围护体的刚度和插入深度的 影响,分析结果表明有着与悬臂桩一致的特性,下面我 们将桩体刚度定为7.5×10kN·㎡²,插人深度定为7m, 着重分析支撑位置和刚度的影响。

下面分析单道支撑设在桩顶以下距离(1)为2、4、 6.8m4种情况。 图4为不同支撑位置的桩体位移曲线。由图4可 以看出,随着支撑位置的不断降低,桩体位移的挠曲程 度不断减小,8m情况下的桩体出现反弯,表现出悬臂 桩的特点,桩体最大位移量也在减小,但是,当支撑位 置达8m时,支撑以上的桩体位移出现增加的趋势,如 果桩体的刚度减小,支撑以上的桩体位移会更大。这 说明,支撑的架设存在一个最佳位置,面这个最佳位置

的确定,与桩体的刚度有关。

非遗产保护名录项目档案电子化信息管理系统项目图4不同支撑位置的桩体位移曲线

从图4还可看到,最大位移随着支撑位置的降低 明显减小,但减小的趋势在减小,如果桩体的刚度减 小,可能会出现反弹,可见降低支撑位置对减小最大位 移的作用是明显的,但过低的支撑位置并不是一个好 的选择。

根据对上述情况的分析,4m的支撑高度比较合理, 那么在支撑高度确定的情况下,支撑刚度应该如何选择 呢?图5为不同支撑刚度下桩体的水平位移曲线。

图5 不同支撑刚度下桩体的水平位移曲线

从图5可以看出,随着支撑刚度e的降低,桩体的挠 曲程度减小,桩体的水平位移不断增大,最大位移的发生 位置向桩顶靠近,表4列出了最大位移量及发生位置

从图5还可看出,当支撑刚度较小时,增加支撑刚 度对减小桩体的最大位移有比较明显的效果(支撑刚 度扩大10倍,桩体位移为原来的0.4倍),但当桩体刚 度超过1x10kN·㎡²以后,增加支撑刚度对减小桩体 的最大位移几乎没有作用。

某大楼为地上26层、地下1层的框剪结构,基础 工程为钻孔灌注桩,采用独立桩承台及构造底板,基坑 长51.5m,宽36.4m,基坑开挖深度6.2~7.8mo 基坑南边距4层砖混建筑物仅1.9m,砖混建筑长 55m,天然条基埋深2.0m,刚度很差且沿基坑长方向并 列,东距电缆线路11.7m、立交桥20mo 基坑所处的位置安全等级要求比较高,悬臂桩不 能满足支护要求,但单道支撑足以满足要求,支护结构 设计如下: (1)围护桩桩径1000mm,间距1.2m,桩长16m, 配筋采用1525均匀布置。 (2)内支撑选用p706mm×10mm的钢管,支撑于 桩顶以下2mo 施工监测资料表明,基坑的最大侧向位移没有超 过25mm,该基坑的选型满足了安全性和经济性两方面 的要求。

L1 曾国熙.软粘土地基基坑开挖性状研究(J.岩土工程学报某火车站地下室基坑支护安全专项施工方案, 1988,(5). [2]高大钊,曹铭葆.数值计算方法在土力学中的应用[J].岩土力 学,1989,(6) [3]朱百里,沈珠江.计算土力学[M].上海:科学技术出版社,1990. [4]余志成,施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑 工业出版社,2000 [5] 刘建航,侯学渊.深基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出 版社.1997.

新钻牌”CFGKQ系列桩机(基础工

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