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邯郸深基坑支护体系的优化设计分析

更新时间:2009-03-28

随着世界人口的增多,只有不断加大对基坑支护的要求,才能实现更安全,更有益于环境的目标。选择最好的支护方案的同时,又能保证安全和经济,变得格外重要。国外的相关研究起步较早,Ashour[1]等通过有限元模拟对桩土之间的相互作用进行了详细分析,Cording[2]通过有限元模拟对基坑开挖导致的周边建筑物的变形以及损坏进行分析。Johnson K[3]通过有限元模拟对基坑支护结构在不同荷载作用下的土层变化进行分析研究。我国对基坑支护也有相关研究[4-7]。龚晓南[8]探究了基坑围护设计中土压力,分析了现在基坑工程规范设计中计算机软件的使用。申永江[9]等提出双排长短组合抗滑桩的支护形式,以解决前后排桩受力不均匀问题。目前对于邯郸基坑支护的桩径影响的稳定性分析还不多。本文利用ABQUES有限元软件,对优化方案进行数值模拟,为邯郸市今后的基坑工程优化提供了基础。

根据CH/T 9008.3—2010《基础地理信息数字成果1∶500、1∶1 000、1∶2 000数字正射影像图》的规定,山地高山地数字正射影像图平面精度为0.8 mm(图上),即实地精度要求为1.6 m。通过各个像控点布设方案的精度统计情况可以看出,像控点布设最密集的方案二精度统计情况最好,没有坐标差超限的检查点。方案四的精度统计情况最差,且有一个检查点坐标差超限。按各个像控点布设方案进行测量和生产数字正射影像图,其成果均能保证精度要求。

1 工程概况

拟建工程位于邯郸市,其概况见表1。

在基坑工程设计原则以及多目标模糊理论的基础上,利用定性目标的统计量化方法、层次分析法以及综合模糊评判值对根据该工程所在地的地质情况、工程的概况等,专家对桩锚支护、地下连续墙、复合土钉墙三种支护方式进行评判打分。运用MATLAB软件计算并得出桩锚支护为最终的设计方案。

水平1的四个学生(如图2)在数的方法上存在错误,他们将0所对的分隔线当作0.1,①号方框箭头所指的分隔线是0.3;将1所对的分隔线当作1.1,②号方框箭头所指的分隔线是1.3。这样的错误在前测中也大量存在。

2 细部参数

根据基坑安全等级为1级,基坑深度为11.5 m等概况,初定方案为桩长18 m,桩径1 m,桩间距1.2 m,桩身材料为C25混凝土,桩顶标高为2 m,嵌固端长8.5 m。在桩锚支护结构中,桩径一直是影响整个结构安全以及经济性的重要指标和优化因素。

通过理正软件计算可知,最终的优化方案定为桩长18 m,桩径1 m,桩间距1.2 m,锚索位置为第一道锚索距离地面3.5 m,第二道距离第一道锚索距离3 m,第三道锚索距离第二道锚索3 m,由理正深基坑软件计算得出该方案的最大水平位移为14.14 mm,最大沉降量为16 mm。

从表2可看出,四种不同的桩径均满足规范《建筑桩基技术规范》[10]的要求,由理正计算出的桩径为1.2、1、0.8、0.6 m的水平位移对比图(图1)。

由图1可看出,随着开挖深度的增加,最大水平位移先增大再减少再增大。减少的原因是中间有锚索拉力的缘故导致位移降低。但是随着深度的增加,位移还是会逐渐增大。同样桩径越大,所对应的最大水平位移就越小。比较发现桩径0.6 m的位移相比其他的桩径变化幅度更大。在安全稳定方面,0.6 m桩径对比于其他桩径是不稳定的,所以0.6 m桩径不合理,与此同时,其他三种桩径的变化幅度比较紧凑,所以较为合理。其次考虑经济性原因,最终选择0.8 m的桩径较为合理。

由于原初步方案桩径1 m,为研究桩径对基坑支护的稳定性影响,在其他条件不变的基础上,取4个不同长度0.6、0.8、1、1.2 m进行计算,得出表2。

3 有限元模拟

3.1 模型的建立与选择

根据最终优选方案参数,对基坑进行建模分析。在进行基坑工程的数值模拟中,模型选取的范围取决于实际基坑的几何形状和实际的开挖深度以及土层的性质。一般情况模型竖向取值范围是实际基坑开挖深度的2~4倍,水平方向的取值为实际开挖宽度的1~3倍,本文对该基坑的1-1截面进行分析研究,实际方案的开挖深度为11.5 m,嵌固深度为8.5 m,桩间距为1.2 m,所以模型深度取28.5 m,水平方向取42 m。由于考虑到结构的对称性,运用对称建模,宽度取相邻两根桩的桩中心建模,即宽度选桩间距1.2 m。最终的模型尺寸为1.2 m×28.5 m×42 m,桩体上部有2m的放坡,坡度系数为 0.2(图 2)。

 

表1 拟建建筑物一览表Tab.1 List of proposed buildings

  

名称 地上层数 地下层数 结构形式 基础形式 基底埋深/m 基底压力(标准组合)/kPa地基基础设计等级商业办公楼 28 2 框架剪力墙 筏板 12.00 500 乙级地下车库 2 框架 筏板 12.00 100 丙级

 

表2 不同桩径对应安全系数Tab.2 Safety factor of different length of pile

  

系数 桩径/m 0.6 0.8 1 1.2整体稳定安全系数 2.231 2.217 2.210 2.210抗倾覆稳定安全系数 2.693 2.588 2.542 2.539坑底抗隆起稳定安全系数 2.224 2.221 2.219 2.218抗承压水(突涌)稳定安全系数 1.315 1.315 1.315 1.315

  

图1 不同桩径的位移对比图Fig.1 Displacement contrast diagram of different pile diameters

  

图2 模型网格划分示意图Fig.2 Sketch map of mesh generation

3.2 材料属性的选取

本工程的桩体外15 m范围内有20 kPa均布荷载,将土层压力设成土体的自重应力,初始应力场作为自重应力场。模型的底部边界条件为固定铰支座,侧边的边界条件为限制X方向没有位移即为U1=0,Z方向同样没有位移即为U3=0。接触条件包含两个方面,分别为切向接触与法向接触,桩侧和土体是采用表面接触,法向采用硬接触,切向采用摩擦型接触,令µ=0.36。桩体底部是采用与土体固结的方式,使用的接触方式为Tie,锚索锚固段嵌固到土体当中,使用的是Embedded的方式来进行,锚索与桩体之间是采用Tie的方式进行接触,由于锚索有预应力的添加,所以采取了等效降温法来进行添加预应力,通过改变各向的温度应变系数,得到所需的应变,达到一种预应力的效果。

3.3 模型荷载、边界条件以及接触条件

假定土体为理想弹塑性体,采用M-C屈服准则来确定各土层参数,锚索参数如表3和表4。

4 模拟结果分析

4.1 水平位移分析

由ABAQUS软件建模分析后可得出基坑水平位移云图如图3,基坑水平位移曲线图如图4,桩体位移云图5,桩体水平位移曲线图6。

[2] CORDING EJ,LONG J L,SON M,et al. Assesssment of excavation-induced building damage[C]//Earth Retention Conference 3(ER2010):101-120.

  

图3 基坑水平位移云图Fig.3 Horizontal displacement nephogram of foundation pit

  

图4 桩体水平位移云图Fig.4 Horizontal displacement nephogram of pile

 

表3 土层材料参数Tab.3 material parameters of soil layer

  

层号 土类名称 弹性模量/MPa 泊松比 密度/(kg·m-3) 摩擦角/° 膨胀角/° 屈服应力kPa 1 杂填土 6 0.4 1 800 10.178 0.1 0.873 2 粗砂 22 000 0.3 2 100 50.19 0.1 12.319 3 粘性土 16 0.35 2 020 43.26 0.1 12.319

 

表4 预应力下锚索材料参数Tab.4 Material parameters of prestressed anchor cable

  

支锚道号 支锚类型 水平间距/m竖向间距/m入射角/° 总长/m 锚固长度/m 弹性模量/GPa预应力kN 泊松比1 锚索 1.2 3.5 15 20 12 190 250 0.3 2 锚索 2.4 3 15 20 14 190 250 0.3 3 锚索 2.4 3 15 20 15 190 250 0.3

  

图5 桩体水平位移云图Fig.5 Horizontal displacement nephogram of pile

  

图6 桩体水平位移曲线图Fig.6 Horizontal displacement curve of pile body

  

图7 基坑沉降云图Fig.7 Settlement nephogram of foundation pit

  

图8 基坑沉降量曲线图Fig.8 Settlement curve of foundation pit

从图5桩体水平位移云图中得出整个桩体向基坑外部倾斜,在距离基坑顶部3.5、6.5、9.5 m处有向基坑内部倾斜的现象。这是由于添加锚索的缘故,锚索对桩体有拉力的作用,导致桩发生向内倾斜。桩体本身的水平位移从顶部往下均匀分布,且依次减少。从图6桩体水平位移曲线图得出水平位移的数值可以分为9.90、7.08、5.15、4.34、3.54、3.23、2.58、1.94 mm八个等级,水平位移最大发生在桩顶,数值为9.65 mm,最小发生在桩底,数值为1.94 mm。从基坑顶部到距离基坑顶部9.5 m处的水平位移曲线较陡,距离基坑顶部9.5 m以下曲线较为平缓,整个曲线呈现逐渐减少的趋势。

4.2 竖向沉降分析

由ABAQUS软件模拟可得基坑沉降云图7,基坑沉降曲线图8,桩体沉降云图9,桩体沉降曲线图10。

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从图7基坑沉降云图可以得出随着深度的增加,整个土体沉降走势为从土体顶端向下均匀分布,并且为依次递减少的现象。从图8中得出沉降量的数值可以大概分为3.1、6.2、9.3、12.4、15.6、18.7、28.1、31.2、37.4 mm,沉降量最大的区域为3 m处,整个沉降量的数值分布呈现出随着深度的增加而递减。顶部由于有超载的原因导致沉降量最大。

分析:当x→0时,分子,分母,因此,上述实例是一个型,可运用洛必达法则求极限。但若直接运用洛必达法则计算极限,计算量相对较大。

  

图9 桩体沉降云图Fig. 9 Settlement nephogram of pile body

  

图10 桩体沉降量曲线Fig.10 Settlement curve of pile body

5 结论

1)通过改变桩径尺寸,得到桩径越大,桩的水平位移就越小,安全性也随之变高。但在工程实际中,还要考虑到安全性和经济性等因素,选择0.8 m桩径的方案最为合适。

2)随着开挖深度的增加,桩体本身的水平位移最大发生在桩顶,最小发生在桩底,整个曲线呈现先陡后缓且逐渐减少的趋势。

1.2 研究方法 统计患者的临床特征,主要包括头痛、视乳头水肿、孤立性颅内高压综合征、运动障碍、失语、颅内病灶等。分析诊断时间与颅内静脉窦血栓患者临床特征以及预后的关系。预后指标包括改良RANKIN量表(modified rankin scale,mRS)评分与视野缺损。mRS评分为0~5分,其中,0~1分表示无临床症状或者症状轻微,可正常完成日常工作及生活,评分≥2分表示有残疾,且分值越高,表示患者的残疾情况也越严重。

百米林带中灌木和地被的应用数量相对较少。灌木层植物中应用频率排在前3位的分别是八角金盘、海桐、桂花。八角金盘耐阴性强,适宜植于林下,在绿带中应用频率高。地被层植物中应用频率排在前列的分别是麦冬、沿阶草、吉祥草,藤本在调查中出现的频率较低,立体绿化的应用量几乎为零。

参考文献:

[1] MONHAMED Ashour,NORRIS G. Modelling lateral soilpile response based on soil-pile interacation[J]. Journal of Geotechnical Engineering,2000,126:420-428.

从图3基坑水平位移云图可以得出随着深度的增加整个土体位移走势为从土体顶部往下均匀分布,且为依次递减。从图4中得出水平位移的数值分为 19.2、11.7、9.9、8.3、6.1、3.21、2.42、1.93、1.31、0.54 mm十个等级,水平位移最大发生在土体上部,最小在土体最下部,最大的区域的水平位移为19.2 mm,最小区域的位移为0.54 mm。表明整个土体的水平位移数值分布随着深度的增加而减少。

从图9桩体沉降云图得出,随着深度的增加,桩体上部沉降分布呈均匀增加,下部呈现出均匀递减的现象。从图10桩体沉降量曲线看出,桩顶到距离桩顶8 m处的沉降量逐渐增加,8 m至桩底逐渐减少。最大沉降量发生在距离桩顶部8 m处,最小沉降量发生在桩底。

[3] JOHNSON K,LEMCKE P,KARUNASENA W,et al. Modelling the load-deformation response of deep foundations under oblique loading[J]. Environmental Modelling & Software,2006,21(9):1375-1380.

3)基坑土体随着深度的增加,整个土体水平位移走势为从土体顶部往下均匀分布,并依次递减,最大水平位移出现在顶部;整个土体沉降走势为从土体顶端向下均匀分布,并且依次递减。

[4]张 洪,易发成.基坑支护形式及支护技术发展分析与研究[J].山西建筑,2010,36(31):75-76.

[5]杨丰年.长春某基坑支护方案优化研究[D].吉林:吉林建筑大学,2015.

[6]李幼辉.软土深基坑桩锚支护设计与数值模拟分析[D].邯郸:河北工程大学,2015.

[7]孙龙才.桩—锚支护结构在成都某深基坑支护工程中的应用[D].成都:西南交通大学,2015.

[8]龚晓南.关于基坑工程的几点思考[J].土木工程学报,2005(9):99-102.

分布式存储集群负责数据的存储和计算支撑,各业务系统的数据、以及实时数据的增长速度极快,传统的关系型数据库在处理时逐渐显得力不从心,需要能够支持更大数据量的快速存储、读取、计算的硬件环境来支撑,采用Hadoop分布式存储架构,能够很好地支持这一点,同时搭载Spark加速计算技术,能够支持TB级别的数据进行数据挖掘等复杂计算的要求。

[9]申永江,杨 明,项正良,等.双排长短组合桩与常见双排桩的对比研究[J].岩土工程学报,2015,37(Z2):96-100.

[10]JGJ94-2008,建筑桩基技术规范[S].

在监管评估方面,严格执行国家《矿产资源节约与综合利用鼓励、限制和淘汰技术目录》,在矿业权设置、矿区范围批复等领域增加环评环节,对不符合条件的矿山不予批复;要求已批准在建或投产的矿山编制资源开发方案并严格执行。适时发布全国绿色矿山企业名录,将达标企业纳入名录管理。建立绿色矿山年度复核机制,可委托第三方机构对纳入全国绿色矿山名录的企业进行抽查评估,评估不合格的矿山给予一定期限的整改,整改后仍不合格的取消绿色矿山称号,并向社会公告摘牌,收回相应的补贴资金。

 
杨士萱,王天龙,史三元,王晓磊
《河北工程大学学报(自然科学版)》2018年第01期文献

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