土钉-桩锚支护深基坑开挖的空间与环境效应分析

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随着城市建设的跨越式发展以及地下空间的开发利用,基坑工程得到快速的发展。我国基坑工程的发展呈现出如下特点:开挖规模大、挖深大,且常处于密集的既有建筑物附近,施工受到周边环境的制约,因此对基坑工程的设计施工提出了更严格的变形控制要求。  大量的工程实践表明,基坑工程具有显著的空间效应,尤其是坑角效应的存在,使得基坑边角附近处土体的位移小于距离边角较远处土体的位移,同时它对建筑物沉降形态也有较大的影响。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,忽略坑角效应的设计与分析结果往往是不合理的,因此研究基坑开挖的空间效应以及对建筑物沉降的影响对深基坑工程的设计与施工具有重要指导意义。本文以某一土钉-桩锚支护深基坑为例,运用数值模拟方法,对基坑工程的空间特性以及基坑开挖对周边建筑物的变形影响进行了分析,主要研究工作和取得成果如下:  (1)分析了基坑分步开挖过程,给出了桩身位移与弯矩分布、土钉与锚杆轴力分布。研究了土钉-桩锚支护结构的施工特点、受力与变形特点,对深基坑开挖与开支护具有一定的理论指导意义。  (2)基坑边角附近处支护结构变形、受力与坑外土体变形均表现出坑角效应。其中阴角效应影响范围约为2.5He(He为基坑开挖深度)。基坑一侧存在阳角时,阳角效应使得基坑边角附近处土体的位移要大于距离边角较远处土体位移。  (3)分析了坑外土体竖向与水平变形特点,给出了土体变形影响范围。研究了不同工况下地表沉降与水平变形的相关性,并探讨了支撑刚度对土体空间变形的影响,为合理设计支护结构提供理论支持。  (4)分析了坑角效应对周边建筑物附加沉降的影响,当建筑物距离坑边大约2/3He~He时,坑角效应对建筑物变形起不利作用。对比分析了有无建筑物时地表沉降变化趋势,两者曲线变化趋势基本保持一致,但是建筑物基础刚度会改变曲线的挠曲程度。同时也探讨了支撑刚度对周边建筑物附加沉降的影响,研究成果对基坑工程实践和相邻既有建筑物的保护具有重要参考价值。
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