嵌岩地下连续墙支护结构施工过程受力特性分析

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随着我国基本建设的蓬勃发展,深大基础对持力层要求越来越高,此类基础在施工时的基坑支护往往需要将地下连续墙嵌入基岩,有时嵌岩还是唯一可行的方案.嵌岩地下连续墙作为基坑支护结构在国内外应用还不多,无论在设计方法还是施工实践上都还不成熟,对其受力性能进行系统的理论分析显得特别重要.本文首先基于已有的理论框架提出了嵌岩地下连续墙支护深基坑开挖计算模型,该模型能实现分步开挖、加撑,并能考虑岩土材料的弹塑性和接触;对不同的接触施加方法和摩擦模拟方法进行了分析比较,发现基于直接约束的接触算法和库仑摩擦能更好地模拟墙土和墙岩接触,分析结果更接近实测值.结合润扬长江公路大桥北锚碇基础工程和阳逻长江公路大桥南锚碇基础工程对所提出的模型进行了二维和三维模拟验证,并对开挖过程中结构和土体的受力和变形特征进行了分析总结;对监测的结果进行了分析讨论,并对监测结果与理论计算值的差异进行了系统的分析,找出了差异的原因和解决办法.计算和实测结果表明嵌岩地下连续墙侧向位移在嵌岩端收敛,最大位移发生深度开始时随开挖深度而加深,至一定深度后几乎不再下移.这与普通地下连续墙支护位移最大处一般位于开挖面附近有明显的区别;嵌岩端的受力很大,基岩的力学性能对嵌固效果影响很大;坑底的隆起量在开挖至一定深度后由于剩余土层变薄反而开始减小;三维有限元模拟结果表明基坑的角隅作用很明显,墙体角隅部分水平方向也存在较大拉应力;接近基岩面处的支撑和内衬受力都不大,有较大优化空间.圆形地下连续墙的拱效应有效地减小了墙体的侧移和竖向弯矩、应力,但是对施工误差敏感,甚至会发生倾向坑外位移;考虑施工误差可部分弥补由于计算模式和参数取值带来的分析误差,从设计安全角度出发,适当考虑施工误差是有必要的;根据数值试验结果,嵌岩地下连续墙开挖影响范围一般为墙高的2-3倍;竖向计算范围应至少取至墙下10倍墙体厚度;嵌岩深度有临界值,只有超过此临界值,嵌固效果才能充分发挥;基岩的弹性模量对墙脚的侧移有较大影响.本文的计算结果和所揭示的规律、实测的数据对将来类似工程的研究和施工会起到一定的指导作用.
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