桩锚支护深基坑施工过程数值模拟与监测研究

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随着中国城市建设的快速发展,出现了大量的地下工程,如地铁、地下停车场等。对地下空间的开发利用,使得深基坑数量越来越多,也使得基坑变形、支护结构的设计成为工程界关注的热点。桩锚支护以施工简单,经济可靠,支护性能佳,对地质适用性强的优点而得到广泛使用,因此对桩锚支护进行研究,具有很好的现实意义。  本文首先以郑州某工程深基坑为研究对象,以有限元软件ANSYS为平台,利用单元的“生死”技术来模拟基坑的开挖、支护等施工过程,通过设置时间步来实现不同施工工序的联系,通过加载求解,计算出各工况下支护结构的应力和位移。然后对基坑主要监测项的监测结果进行分析,得出各监测项随工期的变化规律,并通过监测结果与计算结果的对比,验证了数值模拟方法的合理性。结论如下:  (1)采用锚杆支护之前,桩体最大水平位移位于桩顶。采用锚杆支护之后,桩体最大水平位移随着基坑开挖深度的增加而逐渐下移,最终位于基底面处,最大水平位移为17.5mm。基坑开挖完成时,整个桩身弯曲,表现出“鼓腹状”的变形特征。  (2)预应力锚杆在基坑边坡形成一个受压应力区,起到了主动支护的效果。预应力锚杆可有效遏制支护桩变形。但是,由于锚杆支护的滞后性,它并没有改变支护桩向基坑方向变形的总体趋势。锚杆轴力有从两端逐渐向中间减小的变化特点。  (3)各监测项变化具有明显的同步性,但是变化特征各不相同。桩顶水平位移,桩顶竖向位移,建筑物沉降随着基坑开挖深度的增加而增大,变化速率具有“先快后慢,先大后小”的规律。锚杆内力在张拉锁定后产生较大的预应力损失,损失率为25%~35%。在施工过程中,锚杆内力基本保持不变,下层锚杆内力大于上层锚杆内力。到施工过程结束时,基坑各项监测数据均在安全控制范围内。  (4)监测人员通过锚杆内力过小的现象,发现了施工方为赶工期对锚杆过早张拉造成工程质量不合格的问题,说明基坑监测不仅具有及时发现工程隐患的作用,同时对检验工程施工质量也具有重要意义。
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