文摘

根据力的双排桩支护结构的特点,开发两个新类型的双排桩:预应力strong-constrained双排桩和回收组装双排桩。比较进行了现场试验的支持效果两个新的双排桩和传统的双排桩。试验场地位于北京大兴国际机场的深基坑工程。两个新的支持结构的可行性和可靠性进行了验证。现场监测包括截面应变和桩身的弯矩,桩体的水平位移,桩的垂直和水平位移。预应力锚固的研究表明,因为电缆在后面排桩、预应力strong-constrained支撑结构可以提供更好的抗拉性能从后排桩,变形和位移很小。回收组装双排桩有类似的传统桩变形和位移。通过钢构件的连接,可以有效地缩短施工时间。基坑回填后,钢构件可以回收利用,可以减少成本。

1。介绍

目前,双排桩支持结构广泛用于边坡工程、水利工程、道路工程等领域。这种类型的支撑结构主要由前排桩、后排桩、冠梁,和耦合梁(1,2]。它也可以被视为一种情况,成堆的总数没有变化,和一个排桩转移到后排形成平行前后行。空间结构体系是由几个梁连接到顶部的桩3- - - - - -6),如图1。


图1
传统的双排桩支撑结构示意图。

许多学者研究了传统的双排桩结构支持基于独特的结构形式和压力变化特征。基于经典土压力理论在中国,最具代表性的一个是他提出的体积比系数法等。7]。聂et al。8)结合模型试验,数值模拟,系统地研究和实地测试土压力的分布,前后行桩的位移、弯矩的前后行双排桩在基坑开挖。聂等人总结这些规律的观察和提出了一个基于空间效应的理论计算方法。基于先前的研究和文克尔地基梁理论,郑et al。9)提出了一种新的平面元素考虑桩土相互作用有限元模型。王,赵10]开始的多层双排桩的土拱效应,分析了两种类型的土拱的机械性能(摩擦端承拱门和拱门)拱脚,并推导出两种类型的土壤拱门。最终承载力是研究通过分析滑坡推力分布的问题在前排桩,土壤阻力在桩和桩前后行之间的间距。

上面的所有研究都是基于传统的双排桩支撑结构,较少研究传统的支撑结构的优化和改进11- - - - - -16]。也是短的力学性能比较的支持结构和一些原位研究[17- - - - - -21]。双排桩支护结构用于采矿工程和岩土工程(22- - - - - -25]。与此同时,传统的双排桩支撑结构也有其缺点。首先,因为其结构形式比单排桩更为复杂,施工周期长。第二,因为它由两排桩、项目成本远高于单排桩。因此,基于上述传统的双排桩的缺陷,根据双排桩支撑结构的力特征,两个新类型的双排桩支护结构是在这项研究中开发和实地试验:预应力strong-constrained双排桩和回收组装双排桩。与传统双排桩进行比较测试来验证新的支持结构的可行性和可靠性。

2。项目概述

2.1。测试网站概述

试验场地位于北京大兴国际机场的深基坑工程,位于收尾礼在北京大兴区,镇城镇和Guangyang河北省廊坊市,如图2。特定测试区南航站楼,北朝鲜边境的偏远停车场(天堂河南海岸后手动转移),西约250 m的主入口道路高架桥A2,东至南中轴线东侧道路约450。总体布局是一个水平和四个垂直。


图2
测试网站的位置。
2.2。工程地质条件

现场试验站点图所示3。根据现场条件的综合分析,原位测试和室内土工试验结果,地层内的深度调查分为三个类别:人工堆积,最近的沉积和第四纪沉积。地层分为五个主要层及其子层根据其岩性、物理力学性质和工程特性。地下水位是2米。


图3
测试网站。
2.2.1。人工积累层(1圣主要层)

测试领域的表层一般覆盖着一个人工累积层厚度为0.40∼1.80米,由土壤粘土质粉砂层,砂质粉砂质土填①层,熔渣土壤①1层。当地分布可能是更厚,受人类影响转换。

2.2.2。最近的沉积(2层nd和3理查德·道金斯主要层)

人工下累积层,最近沉积一层由新沉积的砂质粉土和粘土质粉砂②层粉砂和细砂②1有机重粉质粘土层、有机粘土、②2层、粉质粘土、粘质粉土②3层,砂质粉土和粘土质粉砂③层,有机粘土和有机重粉质粘土③1层、细砂和粉土③2层,粉质粘土和粘土质粉砂③3层。

2.2.3。第四纪沉积层(4th和5th主要层)

根据新的沉积一层,第四纪沉积物是粉质粘土和粘土质粉砂④层,粉质粘土和砂质粉土④1层,细砂和粉砂质砂④2层,粉质粘土和粘土④3层,细沙和中粒砂⑤层。

3所示。新的支持结构

预应力strong-constrained类型的支持是由沿着桩加预应力锚索在后面排桩的顶部,和锚与钢筋笼的内部。钢筋笼后打入桩的桩孔和混凝土达到强度要求,锚索张拉。由于增加了后面排桩的抗拉强度,前排桩的长度可适当缩短,如图4(一)。单个预应力锚索的名义价值为15.2毫米,和他们三个,预应力值是100 kN。

(一)
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(b)
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图4
新双排桩的垂直投影。(一)预应力strong-constrained双排桩。(b)回收组装双排桩。

回收组装类型支持使用可拆卸钢组件而不是传统的冠梁和耦合光束,而后排桩用钢管桩代替传统的钻孔灌注桩,如图4 (b)。

在图的数字4(一)代表如下:(1)前排桩,(2)前排桩冠梁,梁(3)耦合,(4)桩之间的土壤,(5)后排桩,(6)冠梁后排桩、锚板(7)、(8)钢筋笼,(9)预应力锚索,免费部分锚索(10),(11)锚索的锚固部分。

在图的数字4 (b)代表如下:(1)前排桩混凝土桩(无聊),(2)前排桩冠梁,(3)后排桩(钢管桩)桩帽(4),(5)领带的袖子,拉杆(6),(7)锁关节,钢筋笼(8),(9)漆层,销轴(10),(11)锁眼。

为了充分比较了两种新型的双排桩的力学性能保持结构和传统的,这三种类型的C30混凝土桩都是演员。混凝土的抗压强度为14.3 N /毫米2,弹性模量是3×104 N /毫米2。桩的纵向钢筋是14 B20 HRB400钢筋,箍筋是HRB400,ϕ12 @ 200ϕ16 @ 2000。三种类型的桩的几何设计参数表1。

表1
测试桩的几何设计参数。

4所示。现场监测

4.1。现场监测方案设计

这个现场试验的目的是确定新双排桩围护结构的力学性能基坑在开挖过程中,探索新的桩的位移和变形行为类型,全面评估新桩的工作性能类型的现场试验。

为了揭示规律的位移和变形的新桩型,传统的双排桩支护结构的变化后的力变形进行了比较。测试集中在桩顶的水平和垂直位移和桩体水平位移。桩身变形监测,在表2。基于上述监测项目、可靠性、准确性、和方便被作为监测仪器的选择标准。

表2
测试程序。

现场监测仪器如图所示5。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
图5
现场试验监测仪器。(一)电子全站仪。(b)测斜仪。远程自动位移监测系统(c)。(d)应变收集器BGK408。(e)应变计bgd - 4200。
4.2。现场监测方案实施

桩顶的位移测量计划角度如图6和反射表网站布局如图7。


图6
桩顶位移测量计划的观点。

图7
在桩顶反射板。

测斜仪管道的平面图如图8,该网站嵌入计划如图9。


图8
测斜仪的计划。
(一)
(一)
(b)
(b)
图9
测斜仪管网站布局。

现场施工过程包括以下步骤,如图10。(1)在堆后面,沟的深度1米,2米的宽度,长度约25米被发掘的钢链。为了最小化干扰覆盖土壤的钢链,铝塑管和铁管外护套钢链。(2)最后沟远离基坑,打了一个1.5米长的钢筋坑的底部,坚决钢链连接到接触杆头作为一个固定的点(3)的另一端链延伸至冠梁的顶部连接缆式位移米桩顶部和后面的每一桩,分别(4)整个系统的连接检查,收集原始数据值和槽小心地填满。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图10
远程位移自动监测系统的连接图。(a)的相对位置铝塑管、铁管、钢链。(b)定点联系背后的堆。(c)连接的牵拉在桩顶位移计。

桩身的应变监测的振动线嵌入式应变仪。应变仪被绑定到主钢筋的钢筋笼对称,和从上到下垂直间距为200毫米。测点的高程视图布局如图11计埋葬如图12。


图11
桩应变测点布局视图。
(一)
(一)
(b)
(b)
图12
绑定和埋葬应变仪。

当每个监测点完成的安装和调试是正确的,收集初始值和基坑的开挖。坑是专为8米,深度挖掘在四个步骤为每个步骤2米的速度,和墙上的混凝土喷射每次开挖后基坑桩之间,防止径流。每一步开挖后,每个监测方面进行了数据采集/天三次(上午、下午和晚上)捕获时间的初始开挖期间的变化数据。监测直到第五天基坑开挖时完成。基坑的开挖过程如图13。

(一)
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(b)
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(c)
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(d)
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(e)
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图13
基坑的开挖过程。(一)开挖2 m。(b)桩之间的挂网。(c)喷射混凝土。(d)开挖4 m。(e)开挖6米。(f)开挖8米。

5。结果与讨论

5.1。桩顶位移分析
5.1.1。垂直位移

如图14、积极的价值观在纵轴上表明,桩的顶部浮动,负值表明,桩顶下沉。在第三步开挖前的三种类型的桩,桩的垂直位移前后行是最小的。挖掘到了第三步时,桩的垂直位移似乎漂浮。第四个开挖完成后,桩顶部的垂直位移基本上是稳定的,约1毫米。分析的主要目的是与基坑的开挖卸荷效应的桩侧土的逐渐明显,和坑的底部的土壤有一定的反弹,导致流动现象,桩的顶部和底部。这一结论也符合室内物理模拟试验桩顶位移变化。

(一)
(一)
(b)
(b)
图14
垂直位移的比较时间堆前的历史。(一)前排桩。(b)后排桩。

由于夏季汛期,基坑的开挖后,强降雨发生在测试区域连续好几天,导致沉没前后桩顶部的垂直位移,尤其是对回收组装双排桩。前排桩的沉没是−2毫米,后排桩的沉没是−3毫米。分析的主要原因是,网站内的地层主要是由厚的粘性土、粉土、砂质土,土壤结构相对松散,工程性质差。下大雨,坑的底部是削弱了水和土壤。因此,桩身沉桩周围的土壤的牵引下,由于空心钢管桩用于回收组装后桩,桩的重量小,拖曳效应更加明显。

5.1.2中。水平位移

积极的价值观在纵轴上,如图15表示位移的方向基坑,负值表示位移的方向远离基坑。如图所示,传统的水平位移变化趋势和回收组装桩上基本上是一样的。然而,对于预应力strong-constrained桩,由于预应力锚索的作用,桩顶的水平位移的负值监测的早期阶段,这意味着远离基坑位移。的连续开挖基坑,预应力strong-constrained桩的水平位移前后桩对基坑的方向逐渐取代。当基坑的开挖发生水平位移前后的成堆成堆的突然改变,这表明基坑的开挖的主要影响因素是桩顶的水平位移。此外,随着基坑开挖深度的增加,位移逐渐增加和位移监测结束时达到最大值。其中,预应力strong-constrained前排桩的水平位移,回收组装前排桩类型,和传统的前排桩前2.52毫米,5.78毫米,5.56毫米,分别。相应的后面排桩水平位移是1.72毫米,4.52毫米,4.11毫米,分别。桩的水平位移的前排桩比后方更大桩,这是符合前面的数值模拟结果的变化趋势。

(一)
(一)
(b)
(b)
图15
比较桩水平位移随时间的变化。(一)前排桩。(b)后排桩。
5.2。桩的水平位移分析

从图可以看出16随着基坑开挖深度的增加,桩的水平位移逐渐增加。在第一次和第二次发掘,最大位移是桩的顶部。在第三或第四次发掘,最大位移逐渐向下移动,约2 - 3米以下的堆。它表明,基坑的开挖深度的增加,桩冠梁的逐渐产生抑制效应。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图16
前排桩的水平位移。(一)传统的前排桩。(b)回收组装前排桩。(c)预应力strong-constrained前排桩。

前排桩预应力strong-constrained桩出现的负值的早期监测、最大位移达到−1.82毫米。预应力strong-constrained前排桩显示负值的最初阶段,监测,和最大位移达到−1.82毫米。也就是说,桩顶位移产生偏离的基坑相对于初始值,然后,随着开挖深度的增加,位移逐渐改变从负值积极价值和不断增加。这一现象表明,预应力的预应力群锚和强烈约束后排桩施加一定对前排桩锚定效应。张力传送到前排桩顶部通过耦合梁。因此,前排桩顶的位移变化过程逐渐将从负面价值转换为积极的价值,最后位移较小。

监控完整后,桩体的水平位移,如图17。三种桩的整体变化趋势基本上是相同的,和曲线大致是一个“凸”型分布。桩的水平位移的回收组装桩基本上是一样的,传统的,和他们的最大位移是6.22毫米和6.41毫米。预应力strong-constrained前面桩的水平位移小于前两个,和其最大位移为3.18毫米。结果表明,预应力strong-constrained支承结构中起着重要作用在控制前排桩的最大水平位移。前排桩的水平位移控制效果的回收组装支撑结构常规桩几乎是一样的。


图17
比较三个前排桩的水平位移。
5.3。桩的变形分析
5.3.1。桩的应变

应变的变化最终开挖和年底的监控图所示18。结果表明,前排桩的应变监测结束时比在开挖的三种类型的桩,但增加最小。它表明,菌株在开挖已基本完成。

(一)
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(b)
(b)
(c)
(c)
图18
前排桩的应变变化。(一)传统的桩。(b)回收组合桩。(c)预应力strong-constrained堆。

应变分布的三种类型的桩在前排基本上是相同的,拉的效果和紧迫的前后两侧桩是显而易见的。桩的最大应变是在中间,大约6米以下桩顶部。这表明冠梁的约束效果和土壤是显而易见的。前排桩在基坑桩前脸是受到拉应力和压应力,导致拉伸变形和压缩变形;然而,下面的张力和压缩开挖面是相反的。由于strong-constrained后排桩锚预应力,预应力strong-constrained前排桩的应变小于其他两种类型的桩,特别是在0 - 3 m的上部桩的位置,效果更加明显。

5.3.2。桩的弯矩

从图可以看出19监控完成后,三种类型的桩的弯矩基本上是在同一方向,用积极弯曲在开挖面和负面弯曲开挖面以下。三种类型的桩都有最大弯矩在6米,这表明,冠梁和桩的底部有一定限制桩体。其中,传统类型的弯矩和回收组装类型基本上是相同的,和最大值是70 kN·米和78 kN·m,分别。预应力strong-constrained类型生成小于前两个,最大值的42 kN·m,表明预应力锚索预应力strong-constrained类型后方行有一定的抑制对前排桩的影响。


图19
弯矩曲线比较。

为了比较预应力strong-constrained和常规后桩的变形,应变仪是在同一位置的两桩,2米以下成堆,远离基坑,结果比较。结果显示在图20.,传统的后排桩没有预应力锚索和后排桩的应变增加基坑的开挖变形,表明传统的后排桩逐渐受到拉应力,和主要发生拉伸应变。这种现象也与物理模拟试验的结论一致。


图20
比较紧张的2 m后排桩顶以下。

基坑的开挖之前,收集初始应变值,并应用于预应力预应力strong-constrained后排桩锚。第一次开挖前,由于预应力的影响,应变值继续减少,表明后排桩增加了压力,预应力的传播有一定的时间效应;压力逐渐平衡。第一次开挖后,由于土壤卸货所产生的土压力,应变值逐渐增加,即预应力strong-constrained后排桩变化从压缩到紧张。每次开挖后基坑的应变值有一定的突然变化,和应变值逐渐增加,这意味着每个开挖卸荷的土壤施加显著的拉应力后桩身。的极限应变值预应力strong-constrained后排桩 和传统的后排桩的极限应变值 ,这表明,预应力strong-constrained桩具有更好的抑制效果比传统后方成堆。

6。结论

(1)桩的水平位移在预应力strong-constrained双排桩和回收组装双排桩支护结构基本上是一样的,传统的。基坑开挖完成后,最大水平位移点出现在的上部桩约2 - 3米。预应力的位移strong-constrained键入的每一步开挖小于常规和回收的组合类型,和整体水平位移变化趋势之间的传统和回收组装类型基本上是相同的。(2)三种类型的支撑结构,前排桩顶的水平位移大于后面排桩,这解释了主动土压力的影响在前排桩更明显的卸载下的基坑。的水平位移值预应力strong-constrained前后行桩都小于传统的和回收的组装,表明预应力strong-constrained类型具有更好的抑制效果的前后行桩顶部。回收聚集成堆确保位移与常规桩相似。钢构件用于连接后排桩和前排桩,从而有效地减少施工时间和加快施工进程。基坑回填后,钢构件可以回收,节约成本。(3)由于预应力群锚的存在在后面行成堆,预应力strong-constrained后排桩的支护结构可以提供更好的拉伸性能。同时,预应力锚索的拉锚作用可以抑制预应力strong-constrained前排桩的位移和变形,和约束效应在前排桩尤为明显。这表明预应力strong-constrained支撑结构具有更好的变形协调能力。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由全省高校基本科研业务费用(JQN2020027)和河北省华北科技大学博士科研启动基金(BS201813)。