深基坑工程中砼芯水泥土樁水平承載機理與變形特性研究.pdf

1、在軟土地區(qū)進(jìn)行深基坑支護(hù)設(shè)計與施工時，如何根據(jù)擬建場地的工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件和基坑的實際開挖深度，設(shè)計出充分體現(xiàn)“安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)，施工方便”的支護(hù)方案，是巖土工程師著力需要解決的問題。 本文提出了一種新型的基坑支護(hù)方法，即砼芯水泥土攪拌樁門型支護(hù)結(jié)構(gòu)，它是一種適用于軟土地區(qū)新的基坑支護(hù)形式，是在水泥土攪拌樁墻中插入預(yù)制鋼筋混凝土樁，由前后排的預(yù)制鋼筋混凝土樁和水泥土攪拌樁墻組合而成門型結(jié)構(gòu)，以預(yù)制鋼筋

2、混凝土樁作為受力核心，利用大直徑廉價水泥土樁的凝結(jié)力和大表面積來提供摩阻力，并利用預(yù)制鋼筋混凝土樁芯的低壓縮性、高強度的特點來承擔(dān)荷載，其內(nèi)外芯的分工盡可能地發(fā)揮了樁身材料的強度，大大改善了水泥土重力式擋墻抗壓不抗拉的受力特點，同時具有承力與防滲兩種功能的復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。施工方法簡單，速度快，污染小，受力合理，有很好的截面效能。前后預(yù)制鋼筋混凝土排樁由壓頂圈梁和拉梁連接成整體，在不加撐錨條件下可以支護(hù)較深的基坑，經(jīng)濟(jì)效益顯著。結(jié)合該支護(hù)結(jié)

3、構(gòu)型式在某工程中的實際應(yīng)用，系統(tǒng)地研究了： (1)砼芯水泥土攪拌樁材料特性及受力機理； (2)砼芯水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法； (3)砼芯水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向土壓力的大小及分布特征； (4)砼芯水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的樁身鋼筋應(yīng)力及分布特征； (5)砼芯水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)和外側(cè)土體的側(cè)向變形； (6)砼芯水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)周邊道路、建筑物的沉降變形特性。 研究結(jié)果表明：

4、 (1)砼芯水泥土攪拌樁門型結(jié)構(gòu)對水平位移的控制優(yōu)于排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可以將水平位移控制在理想的范圍內(nèi)，其拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于排樁的拉應(yīng)力，結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布相對均勻，沒有出現(xiàn)可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的應(yīng)力集中區(qū)。 (2)本文中的土壓力計算模型和Winkler假定的內(nèi)力計算模型可用于砼芯水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算中。 (3)支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的土壓力： ①砼芯水泥土支護(hù)結(jié)構(gòu)主動土壓力位于靜止土壓力與朗肯主動土壓力之間，在具體設(shè)計計算

5、時，可按朗肯主動土壓力來計算取值。②其側(cè)向土壓力的分布形態(tài)與樁墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)相似，主動側(cè)壓力都隨基坑挖深的不斷加大而逐漸減小，被動側(cè)壓力則不斷增大，上部增加幅度較大，大于朗肯被動土壓力值，下部則接近或略大于朗肯被動土壓力值。而在樁的下部，由于砼芯水泥土攪拌樁充分利用了格柵間水泥土體的作用，使得基坑的變形得到了很好的控制。③其格柵間的土壓力和主動土壓力具有相似的變化規(guī)律，至土方開挖結(jié)束，格柵間的土壓力均小于朗肯土壓力，但基坑開挖面以上的土壓

6、力減小的幅度遠(yuǎn)大于基坑開挖面以下的土壓力。 (4)支護(hù)結(jié)構(gòu)的樁身受力： ①挖深較淺時，砼芯水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)前、后排樁均承受拉應(yīng)力，前排樁承受的拉應(yīng)力呈現(xiàn)出上下兩端小，中間(開挖面附近)大；后排樁承受的拉應(yīng)力上部最大，往下逐漸減小的特點，最大拉應(yīng)力分別是鋼筋設(shè)計強度的8.0％和6.4％。而挖深較大時，前、后排樁均呈現(xiàn)出樁身上部承受拉應(yīng)力，下部承受壓應(yīng)力的特點，存在反彎點；前排樁的最大拉、壓應(yīng)力分別是鋼筋設(shè)計強度的4.6

7、％和2.3％；后排樁的最大拉、壓應(yīng)力分別是鋼筋設(shè)計強度的2.5％和2.0％。但在開挖到預(yù)定設(shè)計深度時，前、后排樁受力的分布形態(tài)基本相似。②砼芯水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)樁身鋼筋應(yīng)力隨開挖深度的變化影響不大。③土方開挖初期，拉梁軸力增長明顯，最大值超過700 kN；開挖一段時間后(墊層施工、綁扎底板鋼筋階段)，軸力變化平穩(wěn)，軸力值變??；基礎(chǔ)底板澆筑完畢，形成整體剛度后，軸力幾乎不再變化。 (5)支護(hù)結(jié)構(gòu)和外側(cè)土體的變形： ①砼芯

8、水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)圈梁的累計水平位移量為基坑開挖深度的3.3‰和3.5‰，與樁墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)(單支點支護(hù)結(jié)構(gòu))的位移量大體相當(dāng)；但它的側(cè)向位移(深層位移)的變位形態(tài)與樁墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)的完全不一樣，與深攪樁重力式擋墻和懸臂排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形形態(tài)相類似。②不同支護(hù)結(jié)構(gòu)所引起的周邊道路的最終累計沉降量表現(xiàn)為：砼芯水泥土攪拌樁的最小(14.1 mm)，其次為樁墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)的(16.8 mm)，最大的為深攪樁重力式擋墻的(46.8 mm)，分別為基

9、坑開挖深度的1.9‰、2.2‰、6.2‰。③砼芯水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)和樁墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)建筑物的最大累計沉降量分別為基坑開挖深度的1.0‰和1.3‰。在相同的開挖深度和土質(zhì)條件下，砼芯水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)引起的外側(cè)建筑物的最大沉降量略小于單支點支護(hù)結(jié)構(gòu)引起的外側(cè)建筑物的沉降量。土方開挖立即引起樁墻式支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)建筑物的沉降，但砼芯水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)建筑物的沉降相對滯后，這與砼芯水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)具有一定的寬度和混凝土小方樁的剛度