土钉与桩锚联合支护结构的位移计算方法分析

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土钉与桩锚联合支护结构融合了桩锚和土钉支护的各自优点,既经济又安全,被广泛应用于深基坑支护工程中。目前,该联合支护型式的理论研究还落后于工程实践,工程技术人员对该种联合支护结构的内力及变形并不十分清楚,尤其是对水平位移的确定还没有一种简单而具工程精度的计算方法,基本靠经验判断,对工程安全是一种潜在风险。该联合支护结构的位移计算虽可通过有限元法分析,得到相对准确的数值,但有限元法理论及建模求解过程比较复杂,在工程实践中很少采用。为此,建立一种机理明确并满足工程精度要求的简化计算方法就显得较有意义。   本论文在总结前人对土钉墙支护结构和桩锚支护结构各自的研究成果基础上,为了基坑工程的设计应用方便,从力的平衡与转换的思路出发提出了一种土钉与桩锚联合支护结构的位移简化计算方法,为工程设计的分析应用创造了可能条件。相对于已有的各种土钉支护结构的位移计算方法,本文提出的简化方法优点在于:(1)作为一种整体的上部土钉墙、下部桩锚支护的联合支护结构,实现了可考虑下部桩锚支护对整体支护结构变形的影响;(2)简化计算方法的力学概念清楚,计算公式中涉及的经验系数少,达到了简化目的,同时能满足工程分析的精度要求;(3)即使对于土钉墙的已有计算方法也只能考虑当前开挖面对上层钉土复合体的变形影响,而本文的简化方法可同步考虑开挖面以上所有钉土复合体的影响;(4)依据大量实例基坑工程的位移监测数据,提出当前开挖面对其以下土层的影响深度为当前开挖深度的1倍,相比已有的计算方法只能考虑对下一层开挖深度的影响要更符合实际;(5)根据各层土钉的长度及与开挖面的距离大小来分配不平衡力显然较为合理,由此计算得到的各层土钉力比已有的计算方法更加接近真实值。   通过工程实例,验证了上述基坑联合支护结构的简化计算方法的可靠性,证明其可以作为基坑支护工程中水平位移的计算方法。   此外,为研究土钉与桩锚联合支护结构变形的规律,为工程技术人员优化设计提供理论依据,本文也采用有限元方法对该种联合基坑支护结构的稳定性及变形特性进行了针对性的系统研究。即通过建立土钉与桩锚联合支护结构的三维基坑开挖模型,并在此模型基础上对土钉与桩锚联合支护结构的各项设计影响参数进行计算分析,得出不同参数对该支护结构的稳定及变形的影响,包括土钉支护高度与桩锚支护高度比值、桩体嵌固深度系数、桩顶或土钉墙底的平台宽度、坡顶超载、锚索长度、预应力大小、土钉长度、面板厚度,尤其是被支护土体的力学参数C值与φ值的影响等,得到了各参数对稳定性及变形的影响规律,为基坑支护设计提供概念性指导依据。
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