深基坑桩锚支护体系坑角效应及其优化研究

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深基坑桩锚支护体系是一个三维的空间结构,但目前在深基坑支护设计中,通常将基坑看作二维的平面应变问题,其设计计算结果往往与实际存在一定的差异,其主要原因在于深基坑的变形存在着显著的三维空间效应,体现在基坑的变形随着与坑角相对位置的变化而变化,临近基坑角部位置基坑变形较小,而中部变形较大,即基坑的变形存在“坑角效应”。本文以某住宅小区二期深基坑工程为依托,通过现场监测和有限元模拟分析了支护结构和周围土体的位移变化规律,证实了深基坑在施工过程中存在显著的坑角效应,并对坑角效应影响范围内的支护结构进行了优化分析。首先对现场实测结果进行分析,得到了基坑南北两侧冠梁顶端的水平位移和桩后土体的沉降及水平位移的变形规律;对距坑角不同位置的围护桩及桩后土体深部水平位移进行分析,得到了其水平位移变化规律;基坑角部和中部位移变化规律的对比分析表明了基坑在开挖过程中存在坑角效应。根据基坑实际工况,采用MIDAS/GTS进行了有限元分析,将所得的围护桩的变形数据与现场数据进行对比,验证了模型的合理性,进而分析了距坑角不同位置桩身水平位移及桩后土体沉降的变化规律,得到了坑角效应的影响范围;基坑北侧东西两部分基坑侧壁的平面应变比PSR的差异分析,表明了基坑周边建筑物对坑角效应有较为明显的影响。最后对坑角效应影响范围内的预应力锚索及围护桩进行优化分析,根据对多种优化方法的分析,选取了增大预应力锚索的横向间距、减少一排锚索并改变排距和减小桩径的最优的方案。本文对深基坑桩锚支护体系的坑角效应进行了研究分析,提出了在满足基坑支护安全的前提下考虑坑角效应的优化设计方法,既降低了工程造价,也为研究深基坑桩锚支护体系坑角效应提供了参考依据。
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