软土地区地铁基坑开挖引起立柱桩的力学行为研究

发布时间：2020-06-20 01:22

【摘要】：基坑的围护结构是基坑内的土体卸荷后保证基坑稳定的结构,而立柱桩作为承受竖向荷载的围护结构担负着支撑系统竖向荷载的传递作用,关于立柱桩所受内力及位移变化的影响研究寥寥无几。地铁基坑开挖过程中,影响立柱桩隆沉的因素诸多,尤其是在工程和水文地质条件、围护结构方式及施工顺序等相互作用下,立柱桩隆沉的变化趋势各有差异。立柱桩的隆沉会使支撑等围护结构处于平面外受力状态,立柱桩与围护结构的节点处于弯、剪、扭等复杂的组合应力状态。有些工程实例表明,节点的失稳破坏是影响基坑稳定性的直接因素。目前,地铁基坑的开挖是岩土工程界研究的热点问题,立柱桩隆沉的研究多集中在对立柱桩的实测分析和理论解析方面,而不同的土质和工程环境会造成较大的差异。因此本课题以软土地区地铁基坑工程为背景,在现场实测的基础上,结合基坑开挖所引起的力学行为研究,从桩土之间界面摩阻力的角度出发,分析了立柱桩隆沉的力学机理和性质,建立了地铁基坑开挖并考虑立柱隆沉的有限元数值模型,得出了地铁基坑开挖过程中立柱桩隆沉的时空规律。论文的主要研究内容和结论如下:1、以软土地区地铁深基坑为背景,结合工程的水文及地质条件,分析立柱桩隆沉的时空发展规律;立柱桩的隆沉具有时间效应,地铁基坑最后一层土的卸荷是立柱桩隆沉快速发展的阶段;地铁基坑具有空间尺寸效应,基坑中心处立柱桩的隆沉速率大于基坑两端的立柱桩;立柱桩的隆沉存在归一化的规律,基坑中心立柱桩的隆沉量与基坑开挖深度平方的比值约为0.020‰,而基坑两端立柱桩大约为0.012‰;2、立柱桩的不均匀隆沉导致立柱桩之间会产生差异沉降,差异沉降最大的位置位于地铁基坑中心与端头井的过渡位置,过渡段长度约占基坑长度的25.3%~37.4%;3、立柱桩与围护结构隆沉不同,研究结果表明,立柱桩与地下连续墙之间的差异沉降呈线性变化,随着基坑开挖深度的增加而增加,最大差异沉降约为基坑开挖深度的千分之一;4、根据立柱桩的受力特性,建立了立柱桩隆沉与土体回弹深度的关系,提出立柱桩隆沉的数学模型,结果表明,立柱桩的实测隆沉量小于模型计算值;5、结合上海市基坑工程设计规程,以钢筋混凝土支撑所承受的极限弯矩为依据,提出了立柱桩隆沉控制值的计算方法;6、应用有限元软件PLAXIS,采用小应变土体硬化本构模型,选取合理的模型参数,通过数值计算与实测数据的对比分析,验证了有限元模型的合理性;7、通过改变立柱桩隆沉的敏感性因素,应用数值模型进行分析,结果表明,立柱桩插入比为1:1.5时可以明显减小立柱桩的隆沉量;被动区土体加固深度大于3 m时,立柱桩隆沉变化缓慢;8、立柱桩的隆沉引起支撑挠度的变化,支撑的弯矩随之变化,探讨了支撑弯矩变化的最大位置以及变化量,拟合得出立柱桩的隆沉与弯矩的关系曲线,支撑的弯矩值与拟合值十分接近,两者相差5.7%。
【学位授予单位】：浙江科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U231.3;TU470
【图文】：

工程图,地铁车站,工程图

研究背景着城市化的快速发展，城市相比乡镇人口密集，城市地上交通拥挤。英国查尔引向地下，以减少地面的拥挤状况，从此拉开了地铁建设的帷幕。地铁作为城工具，在城市轨道交通中担任着重要的角色。相对于其他交通方式，地铁占用不污染地面环境，另一方面为旅客提供舒适的乘车环境，地铁车站作为一个比工程，具有集散旅客、坚固人防等功能（如图 1-1）。地铁车站大多数位于城层建筑环绕地铁车站，地上交通干线错综复杂。地铁车站常采用暗挖逆作法与工方式，为了避免影响交通状况，车站的施工方式可选用暗挖逆作法施工，暗成本造价高，要求的施工工艺比较精湛；若周围施工环境受影响程度低，则可施工。地铁隧道一般是通过盾构机进行暗挖施工，盾构机在土层中推进，通过及环片支承四周土体以防止隧道坍塌，盾构机挖掘的土方运输到后方，依靠千形成掘进的过程，并同时施工安装周围环片。

示意图,内立柱,基坑,示意图

言轨道交通的快速发展，使地铁工程成为了 21 世纪的重点建设项目。在地铁的隆沉使围护结构产生附加应力和变形，使支撑梁及相关围护结构的应力重应的附加位移，内支撑可能会偏离原有的平面应力状态，使支撑梁、立柱）、弯、扭和剪等极其复杂的应力状态，从而影响到基坑工程的稳定和安是围护结构里面用来辅助连接每道支撑之间的结构，立柱下方通常都有桩 2-1 所示）。基坑开挖引起土体回弹，使立柱桩产生隆沉效应，过大的隆护结构之间的差异沉降。尤其在基坑开挖过程中，立柱桩间及与地下连续造成支撑等围护结构产生位移，从而使结构产生附加应力。若围护结构构沉降产生裂缝或开裂直到失稳，则影响着整个基坑工程的安全稳定性。

【参考文献】