文摘
近年来,随着城市化的不断发展,地下空间的利用规模的逐渐增加,基坑可能建在一个狭窄的和紧凑的环境。同时,杂填层在城市可能会导致施工困难当新基坑开挖和支持。当我们关注上述问题,新的支护结构形式是安全的和经济的迫切需要。在这项研究中,根据开挖深度填充网站在济南,双行micropiles和锚复合支护结构监测挖掘下,加载和卸载条件下通过安装传感器和测试。的压力和轴向力分布前后行micropiles和锚复合保留系统在不同开挖深度和不同负载的情况下进行了分析。前后的性能变化行micropiles在不同条件下,锚的贡献在结构阻力在不同深度挖掘和装载测试进行了讨论。结果表明,双排钢板桩和锚组合支护结构是可行的,当挖掘深层填补站点在城市区域。在复合保留系统中,前面的压力大于桩,桩后桩滞后当它开始工作,中间的轴向力和上锚大于底部锚。
1。介绍
在中国城市化的不断进步,城市地下挖掘的规模逐渐增加,和大量的深度和复杂基坑为新建设项目出现(1]。与地下空间开挖规模的不断扩大,施工难度增加。城市地区日益复杂的周边环境导致的边界开挖施工接近现有的建筑。因此,钢筋混凝土垂直固定成员与较大的刚度和锚或支柱常常作为基坑围护结构。但这些传统的结构类型在开挖有几个问题,如成本高、施工速度低、不利于环保的建筑行业(2]。还应该指出的是,新建筑工地在城市通常是分布式相对较深的under-consolidated杂项。由于回填时间短和复杂的组件,杂项填充显示了低强度和穷人能的一些性质。这些不受欢迎的特点导致更高的支持需求挖掘。为了解决这些不利因素,一种新的支护结构类型具有良好的施工性能,如快速建设、低成本和高承载力是迫切需要的。
作为一种新型的用于基坑工程支护结构近年来,钢管桩已应用于一些开挖和边坡工程。这种结构形式有几个优点,如良好的施工效率,机械性能高、成本低,环境友好。然而,理论计算的研究钢管桩支护结构形式滞后于实际应用。这导致严重限制了围护结构在建筑的推广和应用开挖施工。
目前,大量的研究工作进行了保留系统的钢管桩支护结构pile-anchor和深soil-filled开挖工程。根据仿真结果的一些模型试验和有限元分析,王(3)指出,随着开挖深度的增加,桩的过渡点正负弯矩逐渐向下移动,而桩荷载的桩系统的斜率将加重损害。施(4)发现,在相同条件下,土钉的轴力在正常钉墙小于在钢管桩复合土钉墙,钢管桩和土钉的合作工作限制了侧向位移在开挖初期,土钉材料已被充分利用。王等。5]介绍了superthick回填地基的实例Qianjiang-Zhangjiajie-Changde铁路在中国进行了实验和数值研究。徐(6]揭示钢管的变形规律micropile复合土钉墙和钢管桩进行了参数敏感性分析。汉et al。7和丁等。8]研究了灌浆、混凝土的损伤本构模型,分别。太阳et al。9)引入了一个新的迭代过程发现的弯矩和剪切能力micropile部分,并给出一种新的设计方法,为地球micropiles边坡稳定。傅et al。10)认为的水平位移和弯矩悬臂双排注浆钢管桩支持与桩排距的增加逐渐下降。然而,当行间距太大,桩相互作用将减少。Qi et al。11)与近海工程相结合,检测钢管桩的垂直静载荷试验通过部署弱反射布喇格光栅传感器,取得良好效果。邵et al。12监测深和杂项填补基坑pile-anchor支持系统和预应力锚索结合通道钢格构梁、和监测结果表明,这两种结构可以有效地控制开挖施工的变形。汤普森[13]研究了荷载传递法的单引号和双钢管桩横向荷载下使用剪切盒模型的方法。理查兹和Rothbauer14]研究micropiles土壤侧向荷载下的工作性能。傻瓜(15)提出了一种数值调查micropile挡土墙,并讨论了过高的土壤的影响强度和低估的负载。
因此,它通常是重要的如何获得正确理解micropile结构在开挖施工工作。现有的研究主要采用了实地测试、数值模拟和模型试验来研究单列或双悬臂钢管桩。然而,研究双排micropiles和锚复合支护结构在杂填土几乎是空白,现有结果不适合建设指导这个结构类型。我们所知,小的工作已经完成的工作模式micropile和锚定在几个施工开挖的情况下。此外,振动线传感器可能会干扰场建设在测试过程中,和成活率和数据可靠性会减少。因此,传感器应正确选择和安排在现场试验。
在这项研究中,我们将首先介绍的实际构建项目开挖深soil-filled网站在济南和解释双排钢管桩的结构形式综合支持系统。之后,介绍了实地测试计划的基坑在开挖和加载条件下进行。基于桩和锚的测量数据,现场测试的结果将被讨论。最后,从这个工作将一些重要的结论。
2。基坑的实际情况
2.1。项目概述
施工现场位于市中,山东济南。这个网站的杂项填补主要是粉质粘土,建筑垃圾和生活垃圾。这土层的厚度1.10∼18.40 m,平均值是9.44。水文地质环境的调查显示,没有地下水跟踪该网站的深度范围。工程环境的调查表明,粉质粘土层是在这个网站的杂项填充图层。的基础类型提出了主要结构是复合地基桩筏。开挖工程的围护结构采用双排micropiles和锚组合支护结构。建设单位采用垂直开挖计划,挖掘深度5.70∼7.14米。有现有的道路施工边界的东部和西部,规划道路将建接近南北边界,和现有住宅区域位于西部和北部边界。建筑面积及周边环境的具体分布如图1。
2.2。复合支护结构的设计
基坑工程支护结构的安全水平的建设项目是2级,及其设计工作生活是18个月。外墙的基础行之间的距离和垂直斜坡的底线是2.0米。典型的部分的原理图1 - 1(如图1)复合围护结构系统的双排钢管micropiles图所示2。钢管的外径micropile使用159毫米,管厚度是8毫米。钢管应放置在pre-bored洞,然后开始水泥灌浆浇注。钢筋混凝土现浇盖梁几何是1300×300毫米是设置双排micropile,梁是与周围的集成过程模筑混凝土硬化道路。这开挖设计三个部分预应力钢筋锚,他们都有一个25°倾角和锁定50 kN的价值。每个锚的水平间距1.5米,垂直间距是1.6米。HRB400钢筋(类型,直径= 25毫米)采用锚的身体,和一个横槽钢腰束锚头的安排。开挖分为三个阶段。每个层开挖完成后,主持人和80毫米钢挂网喷射混凝土表层构造属于这一层。
2.3。施工过程
场建设的双排钢管micropile复合支护结构,洞里沉没和钢管桩注浆进行。钢管桩施工完成后,应用钢筋锚和喷射混凝土表层的分层开挖土开挖之前到达地下室。图3显示了关键施工过程的双排钢管micropile复合支护结构。
3所示。基坑开挖现场测试和加载条件
3.1。现场试验方案
典型的双排钢管micropile复合支护结构位置的1 - 1剖面位于南部的开挖面积被选为测试区域。测试区域的支撑结构布局如图4。在这一领域的测试中,不同的传感器被安装双排钢管桩和钢锚棒。连续监测进行了双排钢管桩复合支护结构在开挖过程中边坡和装卸过程基坑。基于获得的监测数据,工作情况和保留机制的双排钢管micropile和钢筋锚深杂项填补开挖进行了分析。为了保证测试结果的准确性,传感器被安排在三组相邻双排钢管桩(即。,每单桩在图1 #至6 #4)和一群锚。
具体来说,钢管桩表面在一定距离的长度安排桩的表面上,变形和内力变化的钢管桩在不同的工作条件下,传感器类型选择ZX-FBG-S02D钢结构应变传感器的±1500με,精度0.5% F.S.数据采集设备是电视- 200便携式光纤光栅解调仪。通过中央光栅波长漂移引起的变形和温度从这个设备,波长漂移和应变或温度之间的关系建立了根据以下公式: 在哪里λΒ和ΔλΒ是光纤光栅的中心波长和其变化值分别Pe是有效elastic-optical系数,ε应变变量被光纤传感器,然后呢α和ζ的热膨胀系数和thermal-optical系数分别光纤传感器。
通过以上公式,感知到的物理量的变化可以根据获得的变化光纤布拉格光栅的中心波长。光纤光栅应变传感器布局方案和测试设备如图5。
光纤布喇格光栅(FBG)钢筋轴力传感器排列的免费部分和固定部分获得锚体的轴向力的变化在不同的工作条件。ZX-FBG-F100钢筋轴力传感器选择对于锚监视,与0∼400 MPa的范围和精度0.5% F·S。轴向力传感器是由焊接安装,其基本原理是一样的光纤光栅应变计。所不同的是,轴向力传感器间接计算钢筋应力和轴向力应变被光栅。在这项研究中,电视- 200便携式光纤光栅解调仪用于两个不同的传感器类型的数据收集。布局方案和测试设备的光纤光栅钢筋测力计钢筋锚在图所示6。
3.2。传感器的安装
因为使用环境岩土传感器通常是坏的,它是容易失败和干扰。为了确保测试的安全传感器在安装和使用阶段,有必要保护和封装。减少影响传感器性能的安装和保护措施,补丁类型光栅应变传感器使用粘合剂粘贴在钢管桩的抛光表面,用无水酒精清洁表面粘贴在粘贴。被粘贴牢固后,把所有的单光纤布拉格光栅应变传感器系列、涂胶密封传感器和光栅位置。传输光纤被胶带固定和保护结构胶粘剂涂层纤维的长度。纤维结束了在数据收集的斜率。
当光纤光栅钢筋被安排在锚体。锚体对于这个测试被切断在预定的测点的测试方案,然后是锚与传感器连接器焊接。最后,一层结构胶粘剂涂层表面的锚了保护。传感器安装桩身和锚如图7。
3.3。支持内力开挖条件下的现场试验
3.3.1。在开挖条件下压力钢管Micropile变化
各种传感器设置后,所有传感器测量的初始应变值作为初始值在挖掘工作开始之前,和身体的前后在开挖桩应变监测。由于施工过程的干扰,测量的数据点无法获得或扭曲是认真的。因此,一组双排钢管micropiles(1 #和2 #桩)和相对完整的数据收集选择进行分析。
图8显示前后钢管的应力分布micropiles当土壤挖掘2.5米,基坑底部(此时,开挖深度为6.25 m和钢管micropiles的埋深4.25米)。应力值转换的应变值,得到应变数据,压力测量的光纤光栅应变计,通过转换根据(2根据弹性理论。的E年代是钢的弹性模量,值是2.06×105MPa。
的分层开挖,开挖的施工项目,横截面的应力分布的双排钢管micropiles发生了重大的变化,和内力分布情况的前后micropile非常不同。土壤挖掘到2.5时,前排桩应力的深度范围0∼4.8没有显著变化,但有一个突变点桩应力测点6.0米,161.1 MPa。
根据每个测点的数据低于突变点,桩身应力逐渐随深度的增加而减小。挖掘挖掘的底部时,钢管的应力分布micropile类似于2.5开挖,和micropile压力进一步增加。micropile的上部的压力增加了约20 MPa范围0∼4.8,而应力增量测量低于6.0米的深度是81.4∼87.5 MPa,增量范围是90%。
此外,压力变化的钢管micropile明显不同于前面钢管micropile在同样的工作条件。土壤挖掘到2.5时,桩身背面的压力略有改变并均匀分布,沿桩长、桩身的最大压力是只有6.1 MPa,这揭示了钢管micropile还没有完全进入工作状态,和前面的钢管桩熊大部分土壤负荷。挖掘坑的底部时,后排micropile逐渐作品及其应力分布的变化。这个时候,部分的压力钢管micropile深度的增加0∼6.0,和拉应力出现在土壤方面的钢管micropile测点3.2米以下开挖边坡顶部。不同于钢管micropile前排,应力值不突然改变挖掘坑的底部,和突变的位置向下移动到1.5从坑的底部。低于的突变点,桩应力逐渐随深度的增加而减小。通过比较同一开挖条件前后行桩身应力分布,在质量,应力值的变化前钢管micropile大于钢管micropile背面。结果表明,前面钢管micropile在轴承土压力方面扮演更重要的角色,因为前面micropile限制边坡表面背后的位移的土壤,和后排micropile承载力是有限的。当开挖仍在继续,因为土壤位移进一步增加,后排钢管micropile开始工作和贡献的能力,所以有一个明显的滞后后排钢管micropile的工作情况。
因此,应当将重点放在点设计的复合双排钢管micropiles围护结构。考虑到前排的大部队钢管micropiles,前排的部分参数钢管micropiles可以适当增加,和部分参数的钢管micropiles可以适当减少,通过这种方式来提高这种复合材料的力学性能和经济支持结构。此外,它可以从后排桩的变形和应力分布,micropile身体压力高于嵌入部分变化小,而下面micropile基坑底部的应力值很大。
3.3.2。应力的变化在开挖条件下锚
图9显示了轴向力测试结果的三个测试锚从上到下。其中,测量的数据分1 - 4的锚和测量分2 - 3的锚在第二行部分失踪。根据测试结果,当上锚的施工完成后,锚杆的轴向力小而均匀分布是由于浅挖掘深度。的逐步挖掘土壤、锚杆的轴向力增加45%∼60%,和锚杆的轴力沿其长度仍然是均匀分布的。
在中间锚预应力开挖完成,中间的轴向力锚大于其他锚在不同的层,及其轴向峰值约为135 kN,轴向力均匀,逐步增加,开挖过程。
底锚的轴力值在每个测量不同工况下的小点,表明双排钢管micropiles和上锚定能有效地抑制土壤变形的支持。此外,底部锚体的轴向力显著减弱时,从免费的部分转移到锚,而轴向力往往是稳定在测点3 - 2∼3 - 3在锚部分的轴向力锚部分很小,大约只有5 kN。
3.4。对边坡顶部装卸测试试验研究
在基坑开挖设计,现场桩基检测设备和制衡是用来进行装卸测试在基坑边坡的顶部,和锚桩压力和轴向力的变化趋势在双排钢管micropile复合保留系统有或没有负载进行了分析。
在本节中,负载平衡块的位置和之间的距离基坑顶部的边缘线是2.0米,和负载动作分为两次25 kPa(即每个阶段负载。设计荷载,应用设计负荷和2倍)。价值micropile压力和锚定轴向力的变化记录在每个负载稳定和卸载。测试网站的布局图所示10。
3.4.1。压力钢管Micropile在加载和卸载条件下的变化
桩身应力的变化前后钢管桩在斜坡顶加载如图11。前排micropile桩身应力的增加显著的初始加载后,和桩身应力高于开挖底部增加约115.7%∼205.3%。加载导致严重影响前排桩的工作状态。因此,如果前排桩的抗弯刚度低,micropile复合结构可能导致过度变形、弯曲,甚至损害在服务。这些现象会导致边坡坍塌,对基坑的破坏。下的桩身应力前排micropiles底部也会增加,但相对增量小于上述部分底部。
桩体的应力分布没有显著改变后面的两个加载条件下桩与卸荷条件下相比,和装运没有影响后桩的工作状态,几乎可以忽略。这一现象表明,这个micropile是部分受损的材料由于加载和卸载后不能完全康复了8]。
图12显示了比较前后应力分布的钢管micropiles在装货前(即。,excavation completed), loading stage finished (i.e. apply 50 kPa pressure), and unloading on the foundation slope. After unloading, the pile body stress of the front steel pipe pile has not fully recovered to the state before loading, under the double design load, the unrecoverable plastic deformation occurs in the miscellaneous fill soil, and the pile body stress of the back steel pipe micropile has slightly changed in the whole process. The reason for this phenomenon may be explained that the under-consolidated miscellaneous fill soil behind the excavation surface being deformed due to the loading. The recoverable deformation of the soil after unloading is small. After unloading, the front row steel pipe piles are constrained by the soil and cannot return to the initial state before deformation. The back row steel pipe micropiles are less affected by this factor due to their small stress and deformation. There is no significant change in the stress of the back row micropile before and after unloading.
3.4.2。锚杆轴力的变化在加载和卸载条件下
在卸货的过程中,轴向力的分布沿锚体三个测试组中的锚进行了测试。锚体的轴向力测试结果在每一层如图13。第一行的轴向力锚25 kPa的第一个加载后显著增加。加载后增加到50 kPa和卸载阶段,测试的轴向力锚没有显著增加或减少。类似于上面的锚,中间的轴向力锚也显著增加在第一次加载阶段,和整体的应力分布和价值观锚随后的加载和卸载过程中变化不大。在第一次加载阶段,免费的轴向力锚减少底部的一部分,和锚杆的轴向力部分类似于在装货前,但没有明显的轴向力的浮选底部锚在随后的加载和卸载过程。
4所示。讨论
4.1。测试结果分析
在整个开挖过程中,前排桩的应力的绝对值大于的桩,前排桩的最大值约为2.16∼2.42倍的桩。开挖的基坑底部,上锚呈现急剧变化的轴向力,增加百分比大约45∼60%。然而,其他层的锚定轴向力并没有改变很多。这意味着在基坑开挖过程中,土压力的比例由上锚抗正逐渐增加。因此,要注意上面的锚的设计工作。
在实验研究边坡顶部装卸测试,与斜率上部荷载的增加,前排桩应力的绝对值增加很明显,和增加桩应力的绝对值随着深度的增加。后排桩应力没有明显增加。坡度条件下的最高负荷,前排桩的绝对值大于桩的回来。当边坡顶部负荷= 25 kPa,前排桩的最大应力的2.45倍桩。当边坡顶部负荷= 50 kPa,前排桩的最大应力的2.9倍桩。它显示的重要性,前排桩复合支护结构。这些测试的性能锚在装卸测试表明,在第一次加载过程,挖掘背后的杂填土是合并,导致应力场的重新分配的轴向力锚在第二个变化不明显装卸过程。同时,挖掘背后的位移的杂项填补顶部加载造成的斜率是受到双排钢管micropiles和上锚锚。加载支持系统的影响范围仅限于开挖边坡的中、上层,所以锚体底部的轴向力有效地减少。
4.2。双排钢板桩复合结构的适用性深陷填充网站
由于低强度和深度填土的复杂成分,基坑开挖的支护结构形式是有限的。Step-slope开挖及土钉墙可能导致大变形时用于深基坑土壤强度较差。由于大卵石和建筑废料填充土壤深处,很难开展土壤水泥混合强化和高压旋喷注浆加固。钢筋混凝土桩或墙围护结构可能导致成本高,施工周期长,和大型水泥材料的消耗,使用这些结构形式并不是有利于环境保护。
作为一种新的复合支护结构,双排钢板桩和锚组合支护结构有几个优点,如建设周期短、低水泥消费,和更好的保留性能(相对于土钉和土壤加固方法)。但必须指出,这种复合结构的抗弯刚度比大型钢筋桩或弱墙围护结构。因此,在基坑设计深度的增加,其经济逐渐减少,其最优应用深度6∼10 m。
4.3。其他可能的应用在土木工程
双排钢板桩的应用程序实例和锚组合支护结构的深填充网站显示,这种支护结构形式适用于支持薄弱层土壤。同时,其良好的经济性能更容易推广应用。除了基坑开挖工程,这种支护结构形式也适合边坡抗滑阻力结构或加固措施,或其他工程项目。
5。结论
在这项研究中,实地测试为双排钢板桩和锚组合支护结构在开挖深度填充网站和加载条件。基于这些测试结果,双排的分布micropile压力和锚桩的轴向力。一些可以得出主要结论:(1)是可行的,应用双排钢管micropile复合式围护系统的挖掘深度杂项填充区域。此外,材料强度的优点钢管桩和钢筋锚可以充分发挥。(2)开挖期间,前排桩的应力的绝对值大于的桩,前排桩的最大值约为2.16∼2.42倍的桩。后面的压力在双排钢板桩和锚桩复合支护结构系统小于前一个,土负载优先由前排桩承担。之前有一个滞后后桩开始工作。在装卸的测试中,加载在斜坡的顶端有一个严重影响前排桩的工作状态和背面桩影响相对较小。卸载后,前排桩的桩身的压力没有完全恢复到初始状态,而桩身背面的压力略有改变。基于上述实验结果,工程经济可能改善通过减少弯曲刚度的桩或提高前排桩的抗弯刚度。与此同时,重要的是要控制堆积在坡的顶端。(3)现场试验表明,中间和上部的轴向力锚大于锚的基坑底部。基坑的开挖,上锚呈现急剧变化的轴向力,增加百分比大约45∼60%。而底部锚很小的轴力值在不同的工作条件。电阻冗余的结构组件中间和上部锚应该增加挖掘项目的设计阶段。(4)最佳应用深度深基坑双排钢板桩和锚组合支护结构是6∼10 m。基于这种复合结构的性能和良好的经济,除了基坑开挖工程,这种复合结构形式可能适合边坡抗滑阻力结构或加固措施,或其他工程项目。
数据可用性
部分或全部数据,支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。
的利益冲突
没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是国家重点支持的项目中国国家自然科学基金(批准号52038006)。