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本文指出复合土钉墙主要局限在于基坑支护深度有限、位移难于有效控制且无法预估。对搅拌桩、树根桩复合土钉墙进行了稳定性分析与计算,结合实例得出在软土地层中搅拌桩(树根桩)抗弯抗剪能力不足是制约复合土钉墙支护基坑深度的本质因素。疏排桩锚-土钉墙组合支护形式具有疏桩抗弯能力强,复合土钉墙可支护拱间土,土拱作用可发挥土体抗压能力等方面的优点,在成本增加有限甚至减少的情况下,大大提高了支护体系的稳定性。
本文选取了深圳市一个深基坑的典型剖面进行了疏排桩锚-土钉墙组合支护结构现场测试试验。通过试验数据分析得到以下主要认识:对于疏排桩锚身及桩间土体后部水平位移深度曲线与特点、桩后土体及桩间土体的土压力深度曲线、各层土钉内力受力特点及土钉的开挖效应、锚索拉力变化曲线等。从数据及曲线分析验证了土拱作用的存在,得出了土钉内力变化的规律,找到了位移的变化趋势。
作为一种新的支护形式,本文对其主要特点、土压力分布、实体的作用机理、稳定性计算模式及变形特性进行了研究。
以土拱作用引起主动区土压力重分布为出发点,根据滑移面及拱的传力路径将桩后土体分为5个区:自由区、拱区、桩间滑移区、桩后滑移区及稳定区。探讨了土压力的重新分布,桩间区域拱区减少,桩后区域增大。并将普氏理论塑性土压力的公式应用于疏排桩锚的土压力的计算。还分析得到了桩间土体破裂面的形式。
提出了疏排桩锚-土钉墙支护整体稳定性分析的方法:建立了考虑土拱作用的疏排桩锚-土钉墙支护的整体稳定性分析模型,即可转化为桩锚支护稳定性分析方法。竖直方向也与朗肯土压力有较大区别:土钉墙支护滑移面以上考虑土拱作用,土压力有增减;滑移面以下可视为未发生位移,无土拱作用,接朗肯土压力计算。疏排桩锚-土钉墙组合支护体的刚度及抗弯矩可按桩与土拱的复合体形式进行换算。整体变形及内力等可按规范桩锚支护模型采用“m”法进行计算。
对桩间土体的内部稳定性进行了分析,按条分法推导出桩间土内部稳定性安全系数的表达式。还分析了土拱强度局部稳定性,并结合《深基坑工程手册》上拱形支护得出无铰土拱的内力公式、强度校核公式。
本文对疏排桩锚-土钉墙组合支护结构进行三维FLAC-3D模拟,通过分析与实测数据的拟合发现:土体、搅拌桩用Mohr-Columb强度准则,钻孔桩是弹性材料,锚索和土钉用锚索单元进行模拟是合理的;疏排桩锚-土钉墙组合支护结构的变形与现场监测数据基本上吻合;从最大压应力等值线可以看出,以桩为中心有明显的土拱效应,其形状可以用正弦曲线或抛物线等拟合,拱高略小于桩净间距;在以相邻疏排桩锚为拱脚的大主应力拱外侧的地基土受到了可靠的支撑,而在大主应力拱内侧的地基土处于不稳定状态而剥落,可用喷锚支护维持它的平衡。临界破坏体基本上是与水平面成35°向地表延伸;疏排桩锚-土钉墙组合支护结构的基坑土体塑性区随开挖过程逐渐发展、扩大,由坡顶逐渐向坡脚发展,在局部出现应变集中区;随着基坑的进一步开挖,塑性区集中在靠近坡脚处,并在水平方向逐渐向靠近和远离坑壁两个方向发展,最终各塑性区贯通连接。
总之,本文对新的疏排桩锚-土钉墙组合支护方式进行了较多研究,在主动土体分区、土压力重新分布与破裂面可能形式、考虑土拱作用的疏排桩锚-土钉墙组合支护结构的整体稳定性分析模型建立、内部稳定性及土拱强度校核等方面有所研究。本文很好的在现场大型试验的基础上对疏排桩锚-土钉墙支护的土钉内力、土压力、基坑变形等方面进行了深入分析,发现大量的规律性认识,还结合试验,对疏排桩锚-土钉墙组合支护结构进行FLAC-3D模拟,对土拱作用、变形特性及稳定性方面的一些结论进行了验证,结果证明所建立的模型是有效的,能反映结构的特性。