土岩复合地层吊脚桩支护结构力学分析与优化设计

为了更加安全经济地进行土岩复合地层中基坑工程设计,针对上土下岩复合地层中吊脚桩基坑支护结构的受力及变形特性进行研究。采用二维数值分析方法,建立土岩复合地层条件下吊脚桩支护基坑开挖模型,分别分析基坑开挖过程中吊脚桩支护结构内力、变形的发展过程,以及土岩弹性模量比RE、吊脚桩嵌岩深度t、岩肩宽度b与桩体受力、变形之间的相关关系。结果表明： 1）随着基坑开挖深度逐渐增大,桩身侧移增大且桩身最大侧移发生位置逐渐下移,最大下移幅度为土层厚度的17.5%; 2）当基坑开挖至土岩交界面时,吊脚桩桩身内力达到最大值,下部岩层的开挖使得桩身最大负弯矩减小27.5%; 3）当岩层弹性模量介于600 MPa和4 800 MPa之间时,最优设计嵌岩深度为1.5 m,最优设计岩肩宽度为1.5~2.0 m。     

土岩组合地层盖挖法车站“吊脚桩”基坑设计优化研究

以青岛地铁3号线五四广场站为研究对象,对土岩组合地层地区的吊脚桩设计要点进行研究。通过数模模拟,对土岩组合地层中"吊脚桩"基坑的支护体系变形及内力、"吊脚桩"嵌岩深度与预留岩肩宽度的关系进行了分析,并对有竖向荷载的"吊脚桩"进行了研究。研究表明:1)随着开挖深度的增加及锚杆的施工,预应力锁脚锚杆对吊脚桩桩底水平位移的控制作用明显。2)随着嵌岩深度和肩岩宽度的增加,吊脚桩桩身最大水平位移呈减小趋势,嵌岩深度取2.0 m,岩肩宽度取1.5 m较为合理。3)由于桩脚嵌入中风化花岗岩,桩顶位移不受竖向荷载控制,仅随开挖深度增加而明显增加;桩身弯矩稍有增大,但变化值极小。     

将军山隧道节理特征对围岩稳定性的影响及锚杆支护机理研究

节理岩体隧道破坏与节理属性密切相关。文中依托将军山大跨隧道,分析节理特征对隧道围岩稳定性的影响,阐述节理岩体隧道围岩失稳机理和锚杆支护机理,提出节理岩体隧道锚杆支护设计建议。结果表明,块体塌落区分布在两组节理与隧道相切形成的三角区,为围岩失稳关键区域;节理张开区、剪切滑移区由拱腰延伸到拱脚、拱肩,向围岩深部发展,呈蝶形分布,为围岩失稳潜在区域;节理岩体失稳机理为开挖应力平衡打破—应力降低区出现—节理面剪切滑移—节理面张开—块体塌落;节理岩体锚杆作用机制为对节理面施加法向应力以增加节理面摩擦阻力、锚杆轴力提供抗滑力、锚杆抗剪能力限制节理面相互错动。     

基于Geo-studio的基坑分步开挖围护桩力矩和锚索轴力变化特征分析

基于Geo-studio有限元软件,结合某基坑分步开挖工程实例,对基坑分步开挖过程中的围护桩力矩和锚索轴力变化特征进行了计算分析。结果表明,分步开挖围护桩力矩最大值均出现在基坑腹部附近,在施加锚索的位置围护桩的力矩均发生突变,且在每步开挖后各层锚索锚固段的轴力增大,锚索的施加对基坑开挖过程中位移与稳定性控制起到积极作用。     

软岩隧道初期支护沉降机理及其工程措施研究

为解决软岩隧道开挖过程中初期支护整体下沉普遍较大的工程难题,依托郑州至西安高速铁路大断面黄土隧道及成昆铁路第三系昔格达地层软弱围岩隧道工程,通过理论计算及现场实测,对软弱围岩隧道初期支护普遍沉降较大的原因以及采取的工程措施的可靠性进行分析,得到以下成果： 1）软弱围岩隧道下沉量往往超过20 cm,现场实测的拱脚承受最大荷载为897.4 kN,初期支护整体下沉大的主要原因是拱脚压力较承载力大一个数量级; 2）锁脚锚杆靠近钢架位置的轴力最大,为55 kN。大拱脚的承压特性显著,其压力极值达到0.9～1.7 MPa; 3）增设锁脚锚杆（管）、扩大拱脚和及时闭合仰拱是控制软岩隧道初期支护沉降的关键措施。     

锁脚锚杆控制隧道初期支护沉降的原理和应用

当前软岩隧道初期支护因沉降变形量大而造成的成本消耗高问题较突出，初期支护底脚作用力与锁脚锚杆抗力不平衡是隧道初期支护沉降的主要原因，其中建立支护底脚与锁脚锚杆之间力的平衡关系是控制隧道初期支护沉降变形的重要前提。以弹性地基梁柱原理和摩擦桩原理来计算分析锁脚锚杆的内力和位移及其与地基的反力关系，以此确定锁脚锚杆的承载能力；通过分析锁脚锚杆对支护结构的柔度，确定其与支护结构的相互影响，进而建立考虑锁脚锚杆对支护结构底脚影响的支护结构力学计算模型，计算其作用于锁脚锚杆端上的作用力作为锁脚锚杆的设计依据；按照上述原理，分析了Ⅴ级围岩当前流行的42锁脚锚管的不足，并示例计算分析了108锁脚锚管的承载能力；最后以Ⅵ级围岩风积砂隧道施工的实例来说明“分布式”加强锁脚锚管以及锁脚锚桩控制支护沉降变形的显著效果验证技术的可行性；结论认为软岩隧道初期支护可按照“荷载—结构”原理确定围岩与支护、支护与锁脚锚杆之间的作用力与反作用力关系，达成支护结构之间力的平衡稳定以实现控制支护沉降的目的。     

软土地区深基坑被动区加固稳定性对比分析

在以淤泥或淤泥质土为主的珠三角地区开挖深基坑常采用钢板桩进行基坑支护,为保证支护结构的稳定性,对基坑底部被动区进行加固,合理的加固设计能在保证稳定的基础上减少支护成本。文中针对广东省佛山市地铁2号线林岳车辆段某基坑工程,建立被动区水泥土搅拌桩加固的基坑开挖支护三维数值模型,通过实测值与计算值对比,分析数值模型与计算参数取值的合理性;对基坑底部被动区无加固、水泥土搅拌桩加固和钻孔灌注桩加固时桩顶水平位移、桩身整体侧向位移、地表沉降、土体深层水平位移进行对比分析。结果表明,基坑底部被动区采用水泥土搅拌桩或钻孔灌注桩加固可减小钢板桩围护结构60%的侧向位移,水泥土搅拌桩对开挖深度小于6 m的基坑的加固效果最佳;采用钻孔灌注桩加固,开挖深度为10 m时,桩身整体侧向位移比被动区无加固时减小69.2%,比水泥土搅拌桩加固时减小65.1%,对围护结构整体侧向位移的控制效果比水泥土搅拌桩好。     

上软下硬复合地层条件下深基坑支护设计探析

近年来,常出现在深基坑开挖支护中的吊脚桩存在一定的安全隐患。为此,以青岛地铁某长条形基坑为载体,对上软下硬地质条件下遇到的吊脚桩问题展开研究。首先,根据地质条件及周边工程概况,给出基坑开挖及支护思路和方案;然后,结合支护方案采用弹性抗力法和等效被动土压力法分别对上部桩撑(锚)体系和下部岩石边坡稳定性进行分析计算。实际应用结果表明:1)青岛地区上部土层适合采用桩+支撑,下部岩石边坡采用锚喷支护的组合支护方案;2)直壁开挖的岩石边坡中,微型钢管桩具有超前支护、预裂及减振作用;3)推荐算法适合于吊脚桩支护体系的设计。     

木槽岩隧道洞身开挖施工技术及不良地质洞段处理措施

根据木槽岩隧道穿越区地质条件和实际施工情况,施工中采取了超前支护、分步开挖、稳步推进的方法,并增加了超前小导管及锁脚小导管、锁脚锚杆等支护方式,加强测量观测工作,避免不良地质给施工造成的损失。     

公路软岩隧道初期支护结构内力数值分析

采用非线性数值软件ANSYS对公路软岩隧道初期支护结构内力进行数值分析,研究公路软岩隧道开挖过程中初期支护的力学行为,为施工提供动态设计依据。分析结果表明,软岩隧道在系统锚杆支护作用下,开挖各阶段初期支护结构各部位轴力值增大,弯矩和剪力值都减小,但增大值和减小值变化范围都非常小;支护结构弯矩较大值主要集中在拱脚,最大值出现在右侧拱脚区域;轴力的最大值出现在左侧边墙和左右拱脚部位;剪力最大值出现在左侧拱脚处。     

无中导洞城市连拱隧道施工工法分析研究

为确定无中导洞城市连拱隧道施工工法的适宜性,基于工程地质条件,采用数值模拟手段,研究了无中导洞连拱隧道开挖过程围岩竖向位移及隧道水平位移情况,对无中导洞连拱隧道围岩、衬砌结构等在不同开挖步时的力学特征以及隧道加强区受力机理进行分析,并模拟了加强区底部锚杆注浆及拱腰拱脚处搭设锁脚锚杆并注浆等加固措施。结果表明:隧道开挖后中部加强区隆起明显,这对于隧道中部加强区混凝土的稳定相当不利,应该采取控制隆起的措施;上台阶开挖时,拱脚处衬砌受力较大,宜将直角改为圆角以减小弯矩。开挖完成后,中部加强区底部的衬砌几乎处于纯弯状态,有必要提高该区域初衬厚度;对加强区底部岩体进行锚杆注浆加固的效果较好,能有效减少拱底隆起和初衬受力,同时对保持中部加强区混凝土的稳定也有较好的效果;在拱底和加强区底部搭设锁脚锚杆,特别是在加强区底部的锁脚锚杆对维持混凝土加强区的稳定有较大作用。     

土石路堑高边坡开挖稳定性及支护设计的数值模拟分析

为提出土石路堑高边坡开挖稳定性及支护设计数值模拟分析方法,以某实际边坡为例,基于摩尔-库仑准则,采用GeoStudio模拟研究了边坡开挖过程及加固后应力场和位移场的变化特征,分析其稳定性和支护方案的效果。结果表明,第二级边坡位移最大,达10.8cm;边坡中部受拉,最大拉应力达56.8kPa;强-中风化岩层分界线应力集中,屈服破坏区主要沿此区域发展;稳定性随开挖进程逐渐降低,破坏趋势为圆弧滑动破坏;采用的"框架锚杆坡面防护+框架锚索锚固强腰+抗滑桩锁脚支挡"方案,加固效果良好。     

土岩组合地层地铁深基坑地表变形规律研究

青岛地区属于典型的"土岩组合"二元地层,为研究此类特殊地层下地铁深基坑开挖引起的地表变形问题,通过现场大量实测数据,建立了研究区域内土岩二元地质条件下的18个基坑工程案例数据库,数据库内容涵盖基坑几何尺寸、围护结构形式、岩土二元地层厚度、各类变形监测数据。将围护结构形式提炼为灌注桩嵌入基底(嵌岩桩基坑)和灌注桩未嵌入基底(吊脚桩基坑)两类。基坑变形监测设地表沉降观测点177组,共得到735个有效测点。在此基础上,通过地表最终变形、地表最大沉降、地表沉降空间分布研究了土岩组合地层地铁深基坑地表变形规律。     

土钉墙加锚杆和微型桩边坡支护设计施工

北京"蒲黄榆"快速路跨越南四环的立交主线桥及匝道桥的承台在开挖时,为稳定基坑边坡,采用了土钉墙加锚杆和微型桩支护结构方案。结合"蒲黄榆"快速路工程施工,介绍了土钉墙加锚杆和微型桩结构设计和施工的要点。     

锚喷加固边坡开挖过程锚杆轴力变化规律分析

结合某道路高边坡锚喷加固工程,通过数值模拟和现场测试结果,讨论了支护时机与锚杆轴力的相互关系,分析了开挖过程中锚杆轴力的变化特征,指出及时支护时锚杆轴力比滞后支护时锚杆轴力大,下阶坡体开挖时上阶锚杆轴力会产生突变。     

桥墩钢板桩围堰的设计与监测

以某采用钢板桩+内支撑支护体系的桥墩支护方案为例,介绍钢板桩围堰设计计算,分工况对钢板桩的内力、变形及内支撑轴力的变化规律进行分析,并结合相应计算断面的监测数据进行对比。钢板桩最大深层水平位移的位置随着围堰土方开挖深度的增加而逐步下移,且位于开挖面附近。随着开挖深度增加,钢板桩外侧水土压力合力作用点下移,伴随着相应位置钢支撑的架设,已架设的上部支撑轴力呈逐步减小的趋势。监测结果与计算结果二者变化规律及数值量级上基本一致,说明设计简化、参数取值及计算结果较为符合实际。     

高地应力区深埋隧道软弱围岩支护结构力学特性研究

通过对高地应力区深埋隧道上下台阶法施工过程的弹塑性三维有限元数值模拟,对初期支护锚杆、喷射混凝土、钢支撑及二次衬砌混凝土的力学特性进行了分析。结果表明：喷射混凝土拱顶、拱肩处的位移和最大主应力及拱肩处的剪应力较大,受钢支撑影响显著;隧道开挖后的应力集中对其周边1.0m范围内的锚杆轴力有很大的影响;钢支撑轴力和竖向剪断力随距掌子面距离的增大而增大;二次衬砌不同层位、不同位置处的主应力和剪应力有较大的区别。分析结论为高地应力区深埋隧道支护结构设计及其稳定性评价提供了依据。     

基于锚杆受力分析的软岩隧道变形规律及柔模支护技术

研究支护状态下围岩变形范围及其位移量将为合理确定软岩隧道开挖的预留变形量及其支护方案提供重要的理论依据。通过将隧道围岩简化为理想弹塑性介质,在围岩中布设全长锚固锚杆。基于锚杆与围岩的协调变形原理,建立杆体与其周围岩体相互作用的力学模型,分析锚杆表面摩阻力及轴力的分布规律,并根据杆体的静力平衡条件,推导出杆体与岩体相对位移为0的中性点位置及其最大轴力值,讨论初期支护条件下隧道围岩的塑性区及破裂区的厚度计算公式及其影响因素;综合考虑隧道表面围岩变形过程中的塑性位移和破裂区岩体的碎胀变形位移,提出隧道表面围岩的位移公式及预留间隙柔模支护技术,进而定量分析榴桐寨软岩隧道的围岩位移及其预留变形量。结果表明：通过锚杆轴力可以反演分析隧道围岩的变形范围,确定围岩稳定后的最终位移量;柔模支护结构能够大量吸收大变形软岩的变形能,且具有适当的刚度抵抗围岩的有害变形,研究成果可为合理设计软岩隧道的开挖及支护方案提供新的思路。     

深基坑吊脚桩的理论计算及数值模拟研究

深圳观澜河调蓄池深基坑工程,运用三维拉格朗日方法对观澜河调蓄池深基坑施工过程中的吊脚桩支护性能进行数值模拟。针对二元结构深基坑吊脚桩的支护设计,提出了相应的计算方法和具体的设计步骤。通过典型剖面的基坑工程设计,探讨了深基坑开挖过程中岩土体应力场、位移场、塑性区以及吊脚桩内力的分布变化规律。数值分析结果与实际监测结果的对比分析,验证了二者的曲线变化规律较为接近,都满足变形要求。     

软土基坑开挖深度与空间效应实测研究

为了给软土基坑工程开挖的支护设计与施工提供参考,针对软土基坑开挖中普遍存在的开挖深度以及空间效应,考虑分区开挖与挡墙加固等有利因素的影响,以上海市五坊园基坑工程为背景,进行开挖过程中基坑及周围环境动态响应的追踪研究。采用现场设点实测的方法对施工过程中围护结构位移、支撑轴力、立柱隆沉及邻近管线位移的变化规律进行监测,并将实测数据与类似条件的软土基坑开挖工程进行对比,分析施工过程中软土基坑自身结构及周边管线的变形特性,探究开挖深度与空间效应对不同位置基坑结构的影响。研究结果表明：基坑施工对围护墙体及周边环境的影响具有明显的空间效应和深度效应;浅层土体开挖时（2 m深度范围内）,基坑侧移空间分布主要受开挖顺序、土层性质和基坑阳角等因素影响;深层开挖时,基坑侧移体现出明显的空间效应;第1道支撑主要受土层流变影响,轴力在第2道支撑拆除阶段达到最大;由于底板硬化作用,第2道支撑轴力在底板浇筑阶段先增大后减小;基坑开挖卸荷会导致围护墙和立柱桩产生向上的位移,由于更加靠近基坑中心,立柱隆起值大于围护墙隆起值;基坑开挖深度越深,附近地下管线的沉降速率越大。