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人民长江 2023年第6期54卷 140-146页

作者：黄建华叶剑波福建工程学院土木工程学院福建福州350118 福建工程学院地下工程福建省高校重点实验室福建福州350118

随着顶管断面尺寸的不断增大,顶管工程对顶推力的需求也在逐步增大。由于滨海软土具有承载力低且压缩性高的特点,因此传统后座墙式的反力结构无法提供安全稳定的顶推反力,其已经不适用于该类地区的顶管工程。为此针对滨海软土地区的顶... 详细信息

随着顶管断面尺寸的不断增大,顶管工程对顶推力的需求也在逐步增大。由于滨海软土具有承载力低且压缩性高的特点,因此传统后座墙式的反力结构无法提供安全稳定的顶推反力,其已经不适用于该类地区的顶管工程。为此针对滨海软土地区的顶管工程创新性地提出了一种新型反力结构——重力锚固基础。采用三维有限元分析软件对顶管施工过程中的重力锚固基础进行模拟,研究重力锚固基础的力学特性。结果表明:顶推反力将会造成基础底板的局部应力集中与非均匀变形;重力锚固基础利用基础底板、凸榫、锚杆和复合地基的组合结构有效抵消了顶推反力,控制了基础底板的位移与变形;重力锚固基础会因基础底板的向上翘曲变形而损失摩擦力,需使用锚杆控制翘曲变形。相关成果对新型重力锚固基础的设计有重要参考价值。

关键词：顶管工程重力锚固基础滨海软土数值分析

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大断面顶管重力锚固基础力学机理研究及优化分析

大断面顶管重力锚固基础力学机理研究及优化分析

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作者：叶剑波福建工程学院

学位级别：硕士

顶管技术与传统的明挖工艺相比较,具有开挖面积小、能较好控制地表变形、施工进度快、对交通干扰较小、无需降水等优势。但在滨海软土地区,土质的低承载力与高压缩性使得大断面顶管的顶推力远远超过传统后背墙的土体允许顶力。针对上述... 详细信息

顶管技术与传统的明挖工艺相比较,具有开挖面积小、能较好控制地表变形、施工进度快、对交通干扰较小、无需降水等优势。但在滨海软土地区,土质的低承载力与高压缩性使得大断面顶管的顶推力远远超过传统后背墙的土体允许顶力。针对上述工程地质情况,采用“自重力+锚固力”的原理设计了重力锚固基础,即基础底板、复合地基(高压旋喷桩满堂加固)、锚杆和钢牛腿的组合结构共同工作,可以解决滨海软土地区大断面矩形顶管施工过程中传统反力装置刚度不足的问题。本文借助有限元分析软件建立模拟重力锚固基础施工过程的数值模型,结合现场实测数据,研究重力锚固基础应力与应变的变化规律,分析其力学机理,并在此基础上进行优化分析,理论成果可以为今后相似顶管工程的设计与施工提供指导。主要研究内容及结论如下:(1)大断面矩形顶管重力锚固基础理论研究。顶推反力不均匀分布造成的倾覆力矩与偏心力矩会使得基础底板发生滑移与倾覆;抗滑移的主要影响因素有基础底板与复合地基之间的摩擦力与被动土压力;抗倾覆的主要影响因素有基础底板的重力、箱涵的压力与锚杆锚固力;结构自重力与锚杆锚固力保证了整体结构的稳定运行;变位机理主要分析结构的水平向与竖向的位移,复合地基的抗剪强度尤其重要。(2)大断面顶管重力锚固基础力学机理研究。利用有限元软件建立了重力锚固基础的施工数值模拟模型,模拟了顶管施工过程中重力锚固基础的工程情况;重力锚固基础的变形与顶推反力呈正相关,顶推反力越大,变形幅度越大;重力锚固基础的自重力与锚固力尤为重要,其限制了基础底板的变形与位移,保证了有充足的摩擦力平衡顶推力;复合地基提供的被动土压力能够平衡剩余的顶推反力,起到了补充作用;重力锚固基础会因基础底板的向上翘曲变形而损失摩擦力。(3)大断面顶管重力锚固基础优化分析。在上述重力锚固基础力学机理研究的基础上,利用预应力锚杆和抗拔桩在工作机制与锚固力方面的优势,进行优化分析。优化前后对比结果表明:锚杆预应力的施加有助于进一步控制基础底板的转动与翘曲变形;抗拔桩能为基础底板提供充足的承载力与抗拔力,并能通过桩身刚度平衡剩余的水平荷载。

关键词：顶管工程重力锚固基础力学机理数值分析优化分析

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