文摘
垂直支持的深基坑挡土墙一起支撑系统是常用的在新加坡的地下基础设施建设。本文的一系列数值模拟场景PLAXIS软件进行研究不同设计参数的影响,如pre-auger放松效果,挡土墙埋置深度进入硬土层,和地面改进的弹性模量层开挖设计尤其是支柱力量,挡土墙挠度和弯矩。结果表明,高风险,如果只有一组参数作为输入来预测保持系统的性能。灵敏度分析进行评估这些参数变化的影响在一个合理的范围内支撑力量,挡土墙挠度和弯矩。
1。介绍
垂直支持的深基坑挡土墙在新加坡一起支撑系统是常用的地下基础设施的建设。广泛使用在新加坡是板桩挡土墙类型,与木材/板桩支护桩滞后,相邻钻孔灌注桩(CBP), sec钻孔灌注桩(SBP)和隔膜的墙壁1- - - - - -4]。开挖会引起侧壁偏转(5)和垂直地面沉降具有负面影响附近的结构(6]。根据新加坡规定(7),允许的最大墙挠度应少于0.5% -1%的挖掘深度取决于附近的岩土工程条件和结构。
在新加坡有四个主要类型的地质材料(8]:(a) Bukit Timah花岗岩,(b)的沉积岩(9- - - - - -11),(c)老冲积层(OA)和(d)团体的形成。OA是2到700万岁,从柔佛州南部延伸至新加坡的东部(12]。地层的厚度通常是非常高的和已被证明深度195米。风化的OA不同学位完全风化顶部底部未风化的。OA上方的土壤剖面层主要由软海洋粘土表面由深部矿床层填海填满。
在一些地区,发现再生填补被压实实现最低70%的相对密度和海洋粘土层固结阶段。在这些地区,挡土墙安装(板桩或支护桩)可能会变得非常困难和pre-auger钻井通常用于放松的土壤安装。然而,很少有学者系统地分析了pre-auger放松对挡土墙的影响性能(13]。
根据Shirlaw研究et al。14],底部隆起破坏模式会发生粘土抗剪强度较低时低于最终开挖水平直接和挡土墙并不坚硬土壤内的层。因此,挡土墙需要延伸到OA形成目前在新加坡实践。然而,嵌入长度的影响到OA系统保留的性能由设计师不能很好地理解。同时,为了有效地控制壁运动和相关的地面运动,改善地面层(GIW)提出了底部的开挖在领域有相当深度的粘土低于最终开挖水平(15- - - - - -18]。为地面改进在新加坡,一般的惯例是,所有的样品的测试结果在施工阶段将高于设计值。大多数设计师考虑到地面的高强度和刚度改进层没有任何负面影响挡土墙系统需要进一步的详细研究。
参数敏感性研究是使用软件PLAXIS有限元建模2 d基于一个我们参与的实际项目。pre-augering的影响,挡土墙埋置深度到OA的形成,改善地面层的强度研究为了获得深入的了解深基坑挡土墙设计。
2。案例研究
2.1。背景
一个实际项目,研究了位于东部的新加坡。典型土壤剖面由5米到15米厚的沙子填满,5米至25米厚的海洋粘土和主管OA不同风化程度。开挖是35米宽,8.5米,16.7米深。与现有网站的考虑条件、支护桩墙和板桩支护提出了作为临时挡土墙的支撑系统。挡土墙脚趾埋置标准,支护桩嵌入式3 m到OA的形成。施工方法是自下而上的建设。根据地质信息、开挖深度和永久结构,整个网站分为13个典型开挖区。典型的部分10米的深度进行了研究。有三层钢柱与6 m水平和3 m间距垂直间距。为了有效地控制壁运动和相关的地面运动,提出了一种地面改进的3米板厚基础的开挖在领域有相当深度的海洋粘土低于最终开挖水平。 The ground improvement slab was installed prior to excavation. Three rows of permanent bored piles with 1.5 m diameter piles at the centre row and 1.2 m diameter at the side rows were designed to support the permanent structure. The bored piles were at 6 m centre to centre along the longitudinal direction and were embedded into the OA layer. The bored piles and ground improvement layer worked together with retaining wall and steel struts as a robust earth retaining system. The summary of earth retaining wall system and their structural properties used in the analysis were shown in Table1。
2.2。有限元建模
有限元方法为设计者提供了一个分析工具,可以模拟复杂的挡土墙结构的方面除了无法量化的变量如工艺或地质不确定性。它有能力预测地球的压力和变形非常小的简化的假设。结构和土壤被认为是交互,以便考虑结构弹性的影响。常用在新加坡商业软件PLAXIS有限元模型在岩土工程。
这个项目的开挖长度是469米开挖宽度的13.4倍。因此,采用2 d模型假设的基础上平面应变条件。模拟不连续墙元素,如士兵成堆,PLAXIS的刚度模型代表的单位长度的基础上,没有考虑板桩滞后的贡献分析。边界条件如下。
较低的边界位移为零在水平和垂直方向。左边和右边垂直边界只有自由在垂直方向,上限是不受任何方向。
因为莫尔-库仑模型(MC)可能产生不现实的土壤行为(19),土壤硬化(HS)模型在深基坑分析越来越受欢迎在新加坡可以生成更多的现实土壤响应(20.,21]。HS模型用于这个研究和土壤参数表2从后面分析类似的岩土条件(在新加坡15]。填充图层被建模为回笼资金,和海洋粘土和老冲积层使用不排水抗B方法建模。
几种地面改进方法可用于提高软弱地基的属性如湿速度混合(WSM),深层水泥搅拌(DCM)和(JGP)高压旋喷桩。对于这个项目,DCM进行地面为主要改进方法和1米差距DCM和挡土墙被JGP密封。DCM的质量和JGP开展土壤调查证实了水井和测试。有4个数字的水井1000立方米的土壤。无侧限压缩试验取心样品进行了获取不排水强度铜和弹性模量E。试验结果表明,弹性模量之间的比率E和不排水强度铜主要变化从300年到500年当铜小于1200 kPa(图1)。在这个项目中,设计的价值E和铜140 MPa和300 kPa,分别。
建设序列建模如下:(1)初始条件,(2)激活均布荷载20 kPa 20米长度远离挡土墙在地面2.5 mSHD考虑附加费负荷,(3)激活挡土墙和设置地面改进层底部的挖掘和激活钻孔灌注桩,(4)挖掘1 m以下支柱年代1是2 mSHD并安装支柱年代1,应用预压600 kN,(5)挖掘1 m以下支柱年代2−1 mSHD并安装支柱年代2,应用预压1200 kN,(6)挖掘1 m以下支柱年代3是−4 mSHD并安装支柱年代3,应用预压1500 kN,(7)挖掘最终开挖水平(恶魔)−7.5 mSHD。建设永久性结构,struts,回填并不是提出了因为墙的最大挠度,墙弯矩和支撑力量为这个项目发生在开挖阶段。
外面的地下水位地面开挖假定,在开挖和地下水位将遵循每个开挖阶段的水平,和水压力分布计算每一步使用稳定阶段地下水流动模型。
的造型面积200米宽、80米深度,如图2,这是足够大的边界对仿真结果的影响降到最低。
验证数值模型,墙上从数值模拟与偏转的攷虑监测结果从测斜仪读数(图3)。当开挖水平1米以下年代2支柱,最大监控墙挠度是14毫米,最大的铁墙挠度预测是18毫米。这些细微的差别是接受和数值模型可用于参数敏感性研究。
3所示。参数敏感性研究
3.1。Pre-Augering效果
在一些地区,填海填满被压实和海洋粘土层的固结阶段。和挡土墙的安装(板桩支护桩)变得非常困难,和pre-auger钻井(图4)提出了放松的土壤安装。pre-augering的影响周围的土壤上放松下面详细研究。
PLAXIS 2 d,对挡土墙主动和被动土压力不是输入明确的但是是自动生成的程序因此改变应力分布的有限元网格。有关墙侧压力,墙上粘附是土壤强度的一个因素,使用无线电侦察中定义的模型。粘土,提出无线电侦察高0.5占wall-soil滑沙相比,在无线电侦察通常是作为0.67 [22]。为了考虑pre-auger的放松效果,减少一个新的k使用范围在0和1之间,整个墙附着力k×无线电侦察。的下界值k= 0意味着几乎没有摩擦的挡土墙pre-auger的极端条件(13),的上界值k= 1意味着没有pre-auger的放松效果。
评估pre-auguring挡土墙系统的影响,5例不同k值模拟。在例1 - 5,k值是1,0.8,0.6,0.4,和0.2,分别。图5显示了不同的关系k价值观和墙挠度当开挖达到最终开挖水平。图5说明下面的软海洋粘土最后开挖水平不能提供足够的挡土墙的水平限制,墙和最大挠度通常发生在最后开挖水平和最大挠度增加墙k值降低。墙的最大偏转时才从50毫米增加到55毫米k从1到0.4值降低。然而,最大的墙挠度增加突然从55毫米到68毫米k值从0.4降低到0.2。图6介绍了不同的关系k价值观和墙弯矩,和类似的趋势表明,最大弯矩增加从388年kNm / m 343 kNm / m和从343年kNm 488年kNm / m / mk值减少从1到0.4,从0.4到0.2,分别。显然,pre-auger柏林墙粘附时放松效果只有相当大的效果很低。pre-augering影响最大的支柱力量也在研究,如图7,这表明有微不足道的影响支撑力量。
因此,pre-augering放松对挡土墙的影响并不重要,如果壁粘附并没有减少太多。为了最小化pre-augering效应,pre-auger应该进行的开挖一侧挡土墙和前地面地面改进工作,以便后续改进工作几乎取消pre-augering的效果。同时,俄歇航班被旋转到地面在一个方向上,从地上一个反方向旋转在地上留下剪切的土壤。
3.2。挡土墙嵌入长度的影响
评估墙埋深的影响在挡土墙的OA系统,与不同的墙嵌入长度为6例OA(−1, 0, 1, 2, 3, 4, 5米)是模拟的。如图8,上面的墙挠度改善地面层的底几乎是相同的。然而,保留墙挠度的脚趾从38毫米减少到0毫米当嵌入长度增加从−1米到1米。图9说明了嵌入式长度的影响到墙上OA弯矩包络整个挖掘过程。海洋粘土内的弯矩和OA层嵌入长度增加到OA和上面的弯矩增加改善地面层的底是未受影响。因此,嵌入式长度的增加OA只有对挡土墙的影响低于地面的底改善层。尽管弯矩增加在某些位置低于地面的底改善层,它仍然小于最大弯矩上面最后标高除的嵌入长度5米。因此,挡土墙截面为大多数情况下不需要增加。
相反,当嵌入长度增加时,螺旋桩的弯曲和紧张部队被降低。然而,成为影响小嵌入长度超过3米时,如图10- - - - - -12。
简而言之,如果一个保留系统包括地面层,改善了挡土墙可以嵌入到硬土层,2 - 3米和额外的深度不会减少墙挠度和螺旋桩部队。
3.3。地面效应改善层
地面改进层被建模为莫尔-库仑模型(不排水抗B)。欧盟弹性模量变化从120年到600 MPa,表中列出3。墙挠度和弯矩图所示13- - - - - -15欧盟为不同的值。
显然,改善地面层的弹性模量有显著影响的支持系统。弹性模量增加时,墙挠度迅速减少,如图13。在地面改进层墙弯矩增加欧盟增加和墙弯矩在其他区域减少,如图14和15。因此,建议与地面挡土墙的设计改进层应该考虑降低和上界的欧盟在地面改进层因为墙上可能在设计。欧盟的支柱力量的作用是显示在图16,它表明,地面附近的支撑力量改善层有更多的减少与struts在较浅的层面上。
改善地面的水平压应力层的挡土墙界面如图17。最大压应力位于地面改进层的顶部显示可能的失效模式将从区域。因此,更要注意样本的测试结果取心。
4所示。结论
基于一系列的数值模拟为一个实际的项目在新加坡,列出了主要结论如下:(1)pre-auger将放松周围的土壤挡土墙的墙挠度,以及弯矩增加附着力降低。然而,pre-augering放松对挡土墙的影响并不重要,如果壁粘附并没有减少太多。(2)保留wall-embedded长度到OA贡献减少墙脚趾运动,积极的影响减少钻孔灌注桩的力量。因此,支护桩墙是推荐2 - 3米内办公层。(3)改善地面层的挡土墙弯矩增加和部队在struts位于地面以下改进层降低作为改善地面层的弹性模量增加。(4)基于上述参数灵敏度分析,风险很高,如果只使用一组参数作为输入来预测保持系统的性能。灵敏度分析进行评估这些参数变化的影响在一个合理的范围内支撑力量,挡土墙挠度和弯矩。
数据可用性
使用的数据来支持这个研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。