综合管廊基坑TRD工法型钢水泥土搅拌墙力学性能与结构优化研究

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TRD(Trench cutting Re-mixing Deep wall)工法型钢水泥土搅拌墙作为一种新兴的基坑围护结构形式,在国内的各类基坑工程均得到了成功的应用。其中,型钢间距和水泥掺量是影响TRD工法型钢水泥土搅拌墙力学性能的主要结构参数,直接影响墙体的应力和位移。本文以杭州市某综合管廊基坑工程为背景,根据现场的实测结果,位移、轴力等远小于报警值,说明搅拌墙围护结构的设计偏保守,可以通过增大型钢间距、降低水泥掺量来优化围护结构,达到在保证基坑安全的前提下降低施工成本的目的。
  本文通过水泥土室内和现场强度试验,运用现场实测和数值模拟的方法,研究了TRD工法型钢水泥土搅拌墙水泥土的变形、应力分布以及破坏机理,分析了型钢间距和水泥掺量对搅拌墙位移和应力的影响,取得如下研究成果:
  1.通过对10%、15%、20%、25%不同水泥掺量的水泥土进行水泥土强度试验,研究水泥掺量对水泥土强度的影响,与现场取芯试验结果进行对比分析,结果表明,在水泥掺量?c=10%~25%范围内,水泥土的无侧限抗压强度、抗剪强度、弹性模量随着水泥掺量的提高线性增加。
  2.研究综合管廊基坑开挖对TRD工法型钢水泥土搅拌墙的影响,从工程实测和数值分析角度研究基坑开挖过程中围护结构的位移、受力特点。结果表明,随着基坑开挖的不断深入,基坑两侧土体有向基坑内变形的趋势,围护结构的水平位移、水平支撑轴力,以及周边土体的沉降均不断增大。
  3.建立不同型钢间距、不同水泥掺量的围护结构数值分析模型,分析型钢间距和水泥掺量对TRD工法型钢水泥土搅拌墙位移和应力的影响。结果表明,TRD工法型钢水泥土搅拌墙在基坑开挖工况下发生水平和竖向双向弯曲变形。其中,水平弯曲方向最大水平位移发生在搅拌墙型钢间水泥土的中部位置;竖向弯曲方向最大水平位移发生在距基坑底开挖深度的1/3位置。
  4.TRD工法型钢水泥土搅拌墙水泥土在临基坑侧产生的拉应力S33是导致水泥土破坏的主要原因,其最大值发生在搅拌墙水平位移的最大位置。搅拌墙水泥土的剪应力低于抗剪强度,不会发生剪切破坏。
  5.拟合出TRD工法型钢水泥土搅拌墙的型钢间距s(m)与水泥掺量?c(%)之间的关系s=0.0642?c-0.3996,据此可根据特定的水泥掺量确定相应的最大型钢间距,为近似工程提供参考。
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