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岩土研究院

钢支撑和地连墙耦合支护理念

304 2021-07-15 14:35:24

国内对于基坑工程的研究起步较晚,但近些年我国高层建筑越来越多,多个城市开始地铁的建造,使得基坑工程在我国应用地越来越广泛。工程实践的需求极大地推动了

国内对于基坑工程的研究,越来越多的学者从事基坑支护方面的研究,不断学习国外基坑支护领域成熟的理论和先进的技术,并将其用于指导工程实践。国内学者对于基坑支护做了大量研究,其主要成果如下∶

1、对于基坑变形控制的研究

北京交通大学李叔博士对北京地铁深基坑进行了大量的现场实测研究和深入的有限元分析,针对基坑的破坏规律、变形规律、变形预测和控制标准等方面展开了详细的研究,提出了基坑支护的发展方向由强度控制到变形控制的转变。

张金柱、贾霄等通过资料分析和典型工程的定量计算对软十基坑围护结构的水平位移控制措施进行了详细的研究,认为软土基坑中首道支撑采用混凝土支撑可以避免由于轴力损失和基坑预降水产生的桩顶位移。

总体来说,深基坑对围护结构的安全要求很高,基坑支护的成本较高,对于基坑开挖影响范围内的建(构)筑物,完全要求其不产生变形、沉降是不可能也没必要的,把基坑的变形控制在允许的范围内既可以减小支护成本又保证基坑和周边环境的安全是基坑支护的最终目的。目前国内对于基坑变形的研究正处于由强度控制向变形控制转变的阶段。

2、钢支撑极限承载力的研究

冯紫良、胡波等对国内某地地铁深基坑事故进行了大量统计和详细研究,针对研究成果提出了采用分析编程软件FORTRAN语言对钢支撑承载力进行分析的方法。

李波以海南某铁路深基坑工程为背景,对基坑内各道钢支撑在工作载荷下作用下的承载力进行以及钢支撑的受力状态进行了研究,使用结构计算的方法对钢支撑的内力进行初步计算。运用FLAC3D软件对基坑内土体逐层开挖并逐层架设钢支撑所有步序进行模拟研究,并将模拟数据和结构计算数据进行统计分析和对比研究,根据研究结构得出一些建设性结论∶ 钢支撑单跨大于20m对结构稳定性和钢支撑极限承载力不利; 初弯曲在很大程度上会虚弱钢支撑承载力,对钢支撑的稳定性有较大的不利影响;通过调整钢支撑轴力可以在一定程度上提高使基坑支护效果;基坑受地下水影响较大,常用的基坑降水方式在有些情况下会使部分土体由于地下水位下降而发生坍塌,同时会造成地连墙侧移和支撑轴力变化。

3、地下连续墙变形的研究

徐方京、谭敬慧对深基坑支护以及地下连续进行了系统的研究,根据研究成果总结出了支撑轴力的预测方法,分析并总结了地连墙的侧移规律和地表最大沉降量的关系,分析基坑的稳定性和地表沉降的影响,并对深基坑的变形机理进行初步探讨,总结出对基坑变形有较大影响的六种因素,并论述了基坑开挖过程发生事故的三种征兆。以实际工程为背景,在大量实测数据和资料的统计分析的基础上拟合了地表沉降与基坑稳定性的函数关系。文章对钢支撑轴力进行结构计算,总结提出了支撑轴力的预估方法并提出了一系列提高基坑支护效果和基坑稳定性的措施。

吴从师,潘降武对深基坑工程中地下连续墙的变形问题进行了深入研究。文章以广西大学站地铁基坑工程为工程背景,采用MIDAS有限元分析软件,基坑进行建模和开挖模拟分析。将实际工程中的监测结构与数值模拟结构进行对比分析,发现两种结果具有很高的契合度,可以表明,利用数值模拟方法对基坑工程的数值计算具有正确性、可以反应基坑变形的规律性。研究结果表明基坑开挖深度越大地连墙的变形量越大,大致呈正比关系。支撑的空间布置对地连墙的侧移具有明显的影响,选择合理的支撑空间布置方式可以在一定程度上减小地连墙侧移量。

总体来讲,虽然国内外大量专家学者对钢支撑以及地下连续墙做过大量的研究,并形成了系统成熟的理论,但是仍存在以下问题∶

(1)基坑支护效果的是由地下连续墙和钢支撑共同作用相互配合决定的。地下连续墙的稳定性和内力很大程度上取决于钢支撑的布置方式和预加轴力,而钢支撑的稳定性和轴力又很大程度取决于地下连续墙嵌固深度和钢支撑在水平和竖直方向的布置和轴力大小。先前的研究基本上集中在钢支撑的受力和失稳特征以及地下连续墙的变形和内力方面,而很少将钢支撑和地下连续墙作为一个整体,将一个整体支护系统中两个部件的相互影响产生的耦合支护作用作为研究的重点。

(2)多数研究都集中在地下连续墙或者钢支撑等单独的一部分,但是实际基坑的最终支护效果,是地下连续墙和钢支撑共同变形互相作用的结果。大量的基坑失稳事故表明,基坑失稳很少由于钢支撑或者地连墙其中某一单独构件破坏造成的。多数的基坑失稳是由于地下连续墙与钢支撑在连接部位失效或者地下连续墙发生大变形的同时造成钢支撑出现偏移,或者由于钢支撑脱落或滑移造成地下连续墙出现大变形造成的。

根据目前的研究现状和钢支撑与地连墙共同变形作用机理提出钢支撑与地连墙耦合支护的理念,即钢支撑与地连墙的相互影响共同变形的思想。

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