微型钢管桩复合土钉支护在砂性土层中的应用研究

发布时间：2020-09-16 07:58

　　复合土钉支护以其施工方便、应用范围广、支护能力强等优点,开始大量应用于我国基坑工程。但由于其多样的组合形式以及不同地域的复杂地质条件,致使目前对复合土钉支护缺少系统、深入的理论研究。在某些基坑工程的支护设计方案中,使用一种或多种复合土钉支护结构进行基坑支护,尽管能够将基坑变形控制在安全范围内,但是存在着浪费材料的现象,造成了工程经济效益过低等问题。本文基于某个采用二级放坡+多种复合土钉支护的基坑工程实例,模拟其施工过程。主要研究了数值模型中土体参数的合理选取;将基坑变形的模拟结果与现场监测数据进行对比,总结了使用微型钢管桩复合土钉的基坑在开挖过程中的变形特性;并对原微型钢管桩的设计方案进行优化,得出了微型钢管桩的设计参数对基坑变形的影响规律,能够给相同地区的基坑工程支护设计提供参考。本文主要取得了以下研究成果:(1)将模拟结果与现场监测数据进行对比后发现两者基本一致,验证了本文所做数值模拟是准确可靠的。在使用支护设计软件对该地区内与本基坑所在场地地质相同的基坑工程做支护设计时,粉、细砂粘聚力c可取为3kPa,这样设计结果更接近于实际情况,在保证基坑工程安全性的同时,也能减少因为设计而造成的不必要浪费。(2)在使用微型钢管桩复合土钉支护的基坑变形中,坑外地表沉降随着开挖不断增大,最大沉降产生在距坡顶0.3~0.7倍基坑开挖深度之间,加入微型钢管桩后的地表沉降增加量明显减少;各排土钉轴力分布一致都呈中间大、两端小的形态,在加入微型钢管桩前各土钉轴力不断增大,最大轴力都产生在0.5倍土钉长度处,加入微型钢管桩后设置的各排土钉轴力逐渐减小,并且最大轴力的位置也都转移至0.3倍土钉长度处。(3)通过优化微型钢管桩的设计参数后发现:增大微型钢管桩距边坡坡顶距离和桩身嵌固深度都不能起到增加基坑稳定性的作用;微型钢管桩的桩间距和桩径对基坑稳定性的影响较大。对于该基坑,微型钢管桩的桩间距设为4~10倍桩径或桩径选为100~240mm时较为合适,能够有效减小基坑变形,提高该工程的经济效益。
【学位单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU753
【部分图文】：

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图 1-1 7 种复合土钉支护形式（1）土钉+预应力锚杆这种组合形式适用于需要严格控制基坑边坡位移时，预应力锚杆的作用是增强支护结构的整体刚度和稳定性。在这种组合形式中可以通过改变预应力锚索的位置，来达到对基坑边坡局部区域位移的控制。组合形式见图 1-1a。（2）土钉+止水帷幕这种组合形式中，设置止水帷幕是为了能够达到隔绝地下水、防止坑底隆起和抵抗渗流破坏的目的。这种组合形式适用于地下水较多且不容易降水的情况下。组合形式见图 1-1b。（3）土钉+微型桩土钉+微型桩的复合土钉支护结构适用于土质较差的条件下。通过加入微型桩，达到提升边坡土体刚度、减小边坡位移和增加边坡稳定性的目的。组合形式见图 1-1c。（4）土钉+预应力锚杆+止水帷幕

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技术路线

变形型式,支护结构

基坑发生变形的原因就是坑内土体开挖打破了周围土层原有的平衡状态，形成基坑内外压力差。基坑周围地层产生移动，在支护结构两侧产生压力差，支护结构和基坑边坡产生向坑内的位移。不同地区、不同施工条件下的基坑开挖支护过程中，基坑周围地层变形也会因为选取的支护结构不同而有较大的差别[26]。目前，在基坑开挖过程中的变形一般分为三种：支护结构的变形、坑外的地表沉降、基坑底部的隆起。2.2 基坑变形特性2.2.1 支护结构的水平位移基坑支护结构变形与结构形式、施工方法、刚度等都有着直接关系。1990 年 Cloughand O’rourke 通过研究，将基坑开挖引起的支护结构变形总结划分为三类：悬臂式位移、抛物线式位移以及两种型态的结合型式。三种型式见图 2-1。

【参考文献】