非等长双排桩在成都膨胀土基坑工程中的应用研究

作     者：唐印 tangyin

作者单位：成都理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韦猛;孟庆鸿

授予年度：2016年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：膨胀土基 坑非等长双排桩 计算分析 有限元分析 工程应用 

摘      要：随着成都地区深大基坑的增多,施工场地小及红线距离近等问题逐渐明显,对基坑变形的控制也提出了更高的要求。由于成都东郊膨胀土地区土层含有大量的高岭土,遇水软化后,锚杆、锚索杆件不能通过土体的侧向摩擦力为基坑支护结构提出足够的锚固力,致使该地区的基坑常常出现垮塌的险情,给人民的生命及财产安全造成巨大的影响。因此,如何解决好膨胀土地区城市建设项目中的基坑支护及环境效应问题成为岩土工程的热点与难点,技术安全、经济合理的基坑支护结构体系是基坑工程的一个发展方向及研究重点。双排桩支护结构由于具有整体高度大、侧向位移小、不需要设置支撑、施工方便、速度快、不需要工作面等优点,目前广泛应用于边坡加固、边坡抗滑、基坑支护等工程中。但是,双排桩的作用机理及受力特性目前还不清楚,双排桩的设计理论不成熟,主要依靠工程经验。本文在总结前人研究的基础上,以成都膨胀土地区东方华大广场基坑工程为背景,对地基岩土体的物理力学参数特征进行研究,并结合大型有限元分析软件MIDAS-GTS对双排桩支护结构的受力性状包括双排桩的排拒、后排桩桩距、桩身刚度、嵌固深度、土体性质和前后桩长不等的情况进行建模分析,研究双排桩的最优设计参数,提出了非等长双排桩在成都膨胀土基坑工程中的应用,最后以典型工程为例,对支护结构进行模拟计算,并结合监测数据验证了方案的合理性,为非等长双排桩支护结构在以后膨胀土基坑中的应用提供工程经验,减少膨胀土地区工程造价,并为进一步的优化设计提供理论支持。本文研究的主要成果有:(1)对研究区膨胀土的物理力学参数特征进行研究发现,未遇水软化段土体强度是遇水段强度的2倍左右;膨胀土强度参数粘聚力c和含水率呈线性关系。(2)通过对双排桩不同的排拒、后排桩桩距、桩身刚度、嵌固深度、土体性质和前后桩长不等的情况进行建模分析发现:(1)前后桩长不等情况下,后排桩的桩长变化比前排桩更能影响支护结构的位移和内力,且后排桩桩长增加到一定值时,对支护结构的影响较小,此时的后排桩长度为最优长度,能体现出该支护设计的经济性。(2)土层粘聚力对支护结构的位移影响较大,内力影响较小;内摩擦角对支护结构的位移和内力都有较大影响。(3)排拒适当增加,支护结构的位移会减小,且随着排拒的增大,位移的减小幅度在不断减小,当排距增加达到一定值以后,排距变化对支护结构的位移影响较小,并且前排桩弯矩逐渐上升,后排桩弯矩则逐渐下降。(3)对成都东郊龙泉驿地区的工程实例进行数值模拟分析,比较计算值与实测值二者之间的差异。同时根据桩身应力、冠梁应力及桩后土压力的变化,分析膨胀土地区非等长双排桩支护结构的受力形状。为非等长双排桩支护结构在以后膨胀土基坑中的应用提供工程经验,并为进一步的优化设计提供理论支持,同时为该地区同类基坑工程支护设计提供借鉴。