用钢筋混凝土支撑代替钢支撑的深基坑支护特性研究.pdf
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1、用钢筋混凝撑代替肢撑的深基坑 支护特性研究 深圳市地铁集团有限公司广东深圳深圳市市政设计研究院有限公司广东深圳 刘树亚,潘晓明、欧阳蓉,余志江 摘要:为控制基坑的稳定性和施工对周边环境影响,国内部分城市建设行管部门要求深基坑第撑必 须采用钢筋混凝土支撑。为研究钢筋混凝土支撑代替钢支漏后的基坑受力变形性状 以深圳地铁某基坑工程为例, 利用有限元软件,对钻孔灌注桩围护结构 内支撑体系进行了有限元分析。分析时,土体采用 “ 理想弹塑性模型, 围护结构与土体之间采用接触模型考虑了钢筋混凝土支撑设置在不同的支撑位置分析 了不同开挖阶段支撑轴力及围护墙侧移的变律。结果表明 : 深基第 :撑采用钢筋混凝土与
2、采用钢支撑对基 坑的受力变形影响不显著 但根据基坑受力变形性状,钢筋混凝土支撑若设在基坑中部可充分利用其抗压性能, 减小 围护结构变开湘弯矩。 关湖:;钢筋祖支擻钢支撑有限元分析 引言 随着城市化进程的力深度大且周边环境复杂的基坑 越 来越多。以深圳市地铁工程为例勝充支护形式主要包 下连 、 钻孔咬合贼钻孔灌注桩加内支撑体系。地铁 、 工娜兄 二期工程中 ,内支撑几乎全部采用钢管 。由于钢管支撑为土方 工程基本情况 超挖留前能,翻溶出现变形过甚至讲塌事故 又 大新站位于深圳市南山 区桃园路与前繊交观口,驗 考虑到需要湛抛工引起周边环境n麵深圳市建设 所在地区为海积平原地形略有起伏地势西蘇低舰面
3、 綱孤纖細。娜佩驗 均深 度 标准宽度 盾构 并段,扩大段 :人工 理论 工程实践表明支撑刚度是影响基坑变形的关键因 方案,钻孔桩直径桩芯间距。车站主体标 刚度而使整个基坑受力郷呈现出较大空间整体航平翻 彳 准段钻碰深度约 盾构井扩大段钻孔観入深度约 地了安 。旋赚与钻孔桩有 咬合,桩径为 ,嵌 全。而采用钢支撑可加難工进度并能在艱开挖期间施加 固深度不小于掛旅以 下加。 狐九可重复利用 对确保基坑 稳定和施工安全也能起到积 基坑支护方 案 极有效作用 围护结构竖向布设道水平钢管支撑, 钢管内支撑采用 工 , 可施加预压力 ;釗道支撑中心标高在 削古塏磁下絲 下第道支撑为地表下第道支撑为地 义
4、。本文以潮二期工程大新總 :程为例,粒二维有限 表下 元模型 ,对钢筋混凝土支撑所处不同空间位置的围护结构侧 、 为分析比较内支撑采用钢筋混凝土和钢管情况下基坑支护 If l l土木建筑 特性的变化,采用深圳地铁常用的 混凝土内 表 土层计 算参数 支画析比较。 編 二 卜二 。 因此,按以下个方案进行计算分析, 见表。 素填土 表 计算方案 砾砂 砂砾黏土 支撑鳩 方案二 全风化 傾 支麟型觀力预励 强风化 第 道 钢支撑 钢土 中风化 叉揮 第 道钢支撑钢支撑 第道钢支撑钢支撑 计算觀 支撑类 预压力支撑类 预压力 有关彳肢和计算舰 第道钢支撑钢支撑设地表面和各土层均呈匀质水平层状分布;
5、第道钢支撑 各土层的应力应变响应均在弹塑性范围内变化钻 孔桩和内支撑的刚度较大认为在弹性范围内变化; 第 道钢支撑 钢助混凝土 支撑 设土体与钻孔桩边界面上为库企摩擦; 计算中未考虑旋喷桩帷幕; 地质情况 未考虑围檩作用, 假定钢支撑与钻孔桩为铰接 ,混 场地地质构造主要表现为燕山期花岗岩岩桨侵入作用 ,花 方樘轱?枯先刚培 岗岩在风化個下形成残积层, 上部沉积海积的觀层, 海冲 积的砂层,驗为人工 土。 车站聽没发糖层下部基岩 计算氾围 、单兀模型及网格划分 特别是在中等风化岩、微风化岩中节理裂隙较发育 。车站范围 由于難模型对称,计算模型尺寸为即沿 内上覆第四系全新统人工堆积层 、 海积层
6、 、 海冲积层 、花岗岩 地层深度方向(方向)取沿方向 土体材料 残积层,下伏燕山期花岗岩 ,主要地层计算参数如表,地层 采用莫尔库仓理想弹塑性本构模型,选取实体单元来 厚度及難围护结构麵如图麻 。 模拟钻孔灌注桩采用梁单元觀, 围护结构与土体之 间采用接触模型模拟。 索填 顏 , 卜 基 加力 丄了二 十 极砂 泰 拽 一十 一 丄卞 十 十打 :二 社 二 二二 二:二 二 干 十: 彳丨灰丨 专 : 广 广 抽加 丨川 八 卜 裉风化花 : 丨丨 二一 巾风化旮 钻孔併 旋吵 ,各 制 尺位 丁 丄 图 围护结构剖面 及地层特征图有限元计算网格 钢支撑或钢筋混凝土支撑均采用梁单元模拟钢筋
7、混 接触面之间传递可设置极限摩阻力 当极限摩阻力大于接 凝土支撑与围护桩刚性连接,钢支撑与围护柱铰接。剖分后的 触压力乘以库企摩擦系数,桩土之间不会发生滑动,反之, 桩 土体、钻孔灌注桩 、 支 撑的有限元网格如图所示,共有 土之间发生剪切滑移。 个单元,个节点 。其中 , 土体 个单元钻孔灌 钻孔桩 何直接与土体设置接触对,耐于内侧土依由 注桩个单元,支撑个单元。模型的边界条件为 : 除了上 于要分层开挖的相对关系,需要分接触对, 卩每层开挖 表面为自有面外其余左侧面和底部均施加水平和法向约束, 体均需要与钻孔柱建立接触对,对于文中次开挖,桩内侧需要 右侧采用雕边界。验个擻树竹拖職 计算频
8、土层的计算参数见表 ,钻孔灌注桩与钢筋混凝土支撑强计算结果分析 度等 级弹性模量 密度为 根据基坑开挖的步骤,分别对方案 、 方案 、 方案三 、 ,泊松比为钢管支撑弹性模量 密度 方案四进行数值分析分别计算 种方案下围护结构的水平位 为,泊松比为 。移 、弯矩、剪力以及支撑轴力的 变化规律。 围护桩水平位移向 基坑内变形值为正,反之为负;围护桩弯矩外侧受拉为正 基 坑内侧受拉为负;围护桩剪力顺时针为正,逆时针为负。 钻孔桩内外侧均与土体设置为接触关系,可采用无厚度的 接触单元模拟。接触面的径向力学行为采用 “硬接 触 ” 樹以,即接触面之间可以传递无穷大的径向压应九但不 图为各方案在不同开挖
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