顶管工程中圆形基坑咬合桩支护结构受力变形特性分析.pdf
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1、侯瀚棋,等:顶管工程中圆形基坑咬合桩支护结构受力变形特性分析建筑结构JIANZHUJIEGOU 工程与建设 年第 卷第期 收稿日期:;修改日期:作者简介:侯瀚棋(),男,内蒙古青山人,硕士研究生在读顶管工程中圆形基坑咬合桩支护结构受力变形特性分析侯瀚棋,方诗圣,付博,朱成武(合肥工业大学 土木与水利工程学院,安徽 合肥 ;中国中铁四局集团市政工程有限公司,安徽 合肥 )摘要:咬合桩是钢筋混凝土桩与素混凝土桩之间逐根相互咬合形成的一种支护结构,在常规的咬合桩支护结构设计及施工过程中,仅考虑素混凝土桩的挡土止水作用,并不考虑素混凝土桩对咬合桩支护结构整体的刚度贡献.本文以六安市河西污水处理厂配套管
2、网工程基坑专项工程为研究背景,通过现场监测数据并结合三维数值模拟,对考虑素混凝土桩刚度贡献情况下的圆形咬合桩基坑支护结构的受力及变形特点进行分析和总结,以期为类似工程设计及施工提供良好借鉴.关键词:咬合桩;圆形基坑;刚度贡献;数值模拟中图分类号:TU 文献标志码:A文章编号:()引言钻孔咬合桩是 世纪 年代由我国地下工程专家王振信教授在国外考察时发现并带回国内的一门技术,并在国内首次应用于深圳的地铁工程,.截至目前,国内对咬合桩的研究及应用已有超过 年的历史,已有许多成功的工程案例,可以说国内关于咬合桩支护结构的相关研究与应用已较为丰富,但是由于岩土性质的不确定性及区域的差异性,不同省市的成功
3、经验仅可作为参考借鉴,不能完全照搬,同时传统的咬合桩支护结构形式也逐渐无法适应城市内日趋复杂的施工环境,这对咬合桩的设计施工又提出了新的挑战,因此对咬合桩支护结构形式受力变形特点的研究仍有很大的空间.工程概况六安水环境综合治理项目规划建设六安市河西污水处理厂及配套管网工程、凤凰桥中水厂及配套管网工程、六安市污泥处置厂二期工程.其中六安市河西污水处理厂一期新建处理规模为 m/d污水处理厂座,新建 k m(其中尾水排放管 k m)污水配套管网及座污水中途提升泵站(规模为 m/d).本工程属于河西污水处理厂配套管网工程,位于六安市寿春路大桥东西两侧,西起景观大道污水管道,东至寿春路与淠河北路交叉口.
4、顶管接收井位于寿春路与淠河北路交口西北角.接收井周边地面标高约 m,垫层底标高 m,最大开挖深度为 m,基坑内径为 m,外径为 m.设计方案采用咬合桩支护结构,咬合桩中荤、素桩直径均为m,间距为 m,咬合长度为 m,桩长 m,共计 根;钢筋混凝土桩采用C 混凝土,素混凝土桩采用C 超缓凝抗渗混凝土.基坑内侧设置 m钢筋混凝土内衬,顶部设置道冠梁支撑,内部设置道环梁支撑.数值分析模型 几何模型建立根据圣维南原理以及目前已有的对基坑工程相关研究可知,咬合桩支护结构基坑在开挖过程中,对周围土体的影响范围大致为倍开挖宽度.由于本文研究的圆形咬合桩基坑为对称结构,且周围土层分布较为均匀,因此经过简化后,
5、本 文 选 取/模 型 来 进 行 分 析.模 型 尺 寸 长 为 m,宽为 m,竖向深度为 m,经过计算后发现,模型最外边界处的计算地表沉降值小于 mm,这表明所选取边界范围是合理的.网格生成本文重点研究的是基坑开挖过程中咬合桩支护结构的受力及变形特点,因此在进行网格生成时对重点区域进行了加密处理,在进行种子布置时,荤、素桩与冠、环梁区域网格截面尺寸设置为,沿着长度方向为,外部尺寸从 过渡到,进行网格划分时,基坑内部统一以 划分,外部以 划分.边界条件完成网格划分后对网格添加自动边界,基坑数值计算模型的前后左右均约束法向位移,底部约束X、Y、Z方向位移,同时添加自重.此外需要给改变属性的网格
6、组:荤素桩、冠梁、腰梁给予正确的边界属性.本构关系在本文的数值模拟中,土体本构关系选用摩尔库仑弹塑性模型.原因是摩尔库仑本构所需要的参数较少且获取方建筑结构JIANZHUJIEGOU侯瀚棋,等:顶管工程中圆形基坑咬合桩支护结构受力变形特性分析 工程与建设 年第 卷第期便,此外根据研究目的,重点在于基坑开挖对于围护结构的影响,因此选取这一本构模型是可行的.支护结构和支撑的抗压强度远远高于土体所受到的抗压强度,所以该本构模型采用线弹性.材料参数根据 混凝土结构设计规范(G B )的规定,现采用的钢筋弹性模量以及混凝土弹性模量如表所示.表钢筋和混凝土参数表材料重度/(k N/m)弹性模量/MP a泊
7、松比钢筋 C 混凝土 C 混凝土 根据 六安市河西污水处理厂配套管网工程岩土工程勘察报告 中的地质勘察资料,把基坑施工范围内土体概化分层为层,各土层物理力学参数见表.表模型中土层物理力学参数表土层重度/(k N/m)压缩模量/MP a弹性模量/MP a内摩擦角/()厚度/m杂填土 细沙 中砂 中砂 粗砂 强风化岩 中风化岩 数值模拟结果分析 咬合桩深层径向位移变化分析支护结构的侧向位移是分析基坑稳定性的重要指标,对以咬合桩作为支护结构的圆形深基坑而言,对径向位移的研究同样具有十分重要的意义.本文选取不同工况下的咬合桩径向位移云图进行分析,图为关键工况下咬合桩的径向位移云图.图关键工况下咬合桩径
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