基于变形控制的基坑支护桩设计方法研究

随着城市化发展，基坑面临的环境越加复杂，对基坑工程的变形控制也愈发严苛。目前，基坑支护结构的设计仍是以强度控制，由于保守设计实际工程往往发生较大变形而未达到设计强度。基于矩阵理论改进里兹法，采用最小势能原理，考虑了支护桩与水平支撑的变形协调条件，获得了支护桩变形的总势能方程，求解了支护桩变形，提出了基于变形控制的基坑支护桩设计方法。最后通过三例典型工程的现场实测数据对理论进行验证，结果表明预测绝对误差随着支护桩的最大变形增大而增大，平均相对误差均在10%最大变形以内。     

盾构开挖引起邻近单桩水平向变形解析研究

为了探索邻近桩基在盾构开挖下水平变形规律，提出了一种邻近桩基水平向受力变形响应的解析方法。首先，基于Loganathan公式获得周围土体在隧道开挖影响下的自由位移，将既有桩基简化成欧拉梁，桩-土相互作用采用Kerr地基模型，建立既有桩基水平向受力平衡方程，从而获得单桩水平变形解析解。通过与有限元GEPAN数据对比，验证了该方法的合理性；与既有的理论解析对比，该方法更贴近有限元GEPAN数据。参数分析表明：增大盾构隧道埋深会致使桩基水平向最大变形位置深度增大，同时会引起桩身最大位移增大；桩基水平向变形响应会随着地层损失比增加而逐渐增大；桩基水平向位移会随着桩基与隧道水平距离的增大而减小，但桩身产生最大水平位移处埋深会随之减小。     

水囊土压力计研制与试验验证研究

针对土压力盒易发生应力集中的问题，研制了水囊土压力计，即通过透明的PU空压软管将感压水囊与电子压力表进行连接，其中感压水囊的厚度可控制在5～10 mm，在使用时电子压力表的高度位置进行固定。将水囊土压力计与振弦式土压力盒埋设在不同压缩模量的土体中进行了对比试验，结果分析表明，由于感压水囊比土压力盒薄，虽然实测土压力偏大问题不可避免，但相对土压力盒测试结果而言，采用水囊土压力计测试地层中的土压力时应力集中问题显著改善；从测试结果可知，由测试元件厚度所导致的土压力偏大幅值为非线性，这与测试元件周围的土体颗粒变形调整有关。将水囊土压力计用于盾构隧道响应模型试验研究中，从测试结果可知，水囊土压力计与土压力盒的测试结果具有明显的不同；从测试结果的变化趋势分析来看，水囊土压力计的测试结果可信，且有必要采用水囊土压力计直接贴在模型盾构隧道外壁测试其周围土压力。水囊土压力计的测试原理简单，且成本低、精度高，因其为柔性构造，可根据测试需求选用感压水囊用于结构物表面为非平面的土压力测试。     

盾构近距离侧穿桥梁及下穿公路变形规律与控制技术研究

以厦门地铁2号线区间隧道下穿天竺山立交桥及沈海高速公路施工为依托，对上软下硬地层盾构隧道侧穿桥梁及下穿高速公路施工对桥梁及路面的变形影响展开研究，采用FLAC 3D模拟不同盾构施工参数对桥梁及路面的变形影响规律，并将实测变形值与预测变形值进行对比，验证数值模拟结果的可靠性。研究结果表明：对于上软下硬地层地铁隧道盾构侧穿桥梁及下穿高速公路施工时，增加土仓压力和增加注浆层厚度可以有效减小桥梁及路面的变形量，并有效降低桥梁与路面间伸缩缝两侧的差异沉降值；通过减小地层应力释放，可以减小桥梁及路面的变形量。因此，对于上软下硬地层，通过合理设置盾构施工参数可将桥梁及路面的变形控制在其允许范围之内，这对于缩短工期和节约工程造价具有重要意义。