摘要
随着我国近20年社会经济和城市建设的发展，面对城市地价昂贵、建设用地紧张的局面，加之高层建筑容积率的限制，使得各类用途的地下空间开发利用、基坑支护形式的创新、以及支护设计理论与方法等均得到了前所未有的发展。基坑工程实践中，地层分布情况、周边环境复杂程度、安全等级的不同均会影响基坑支护型式的选择，近年在青岛、济南、大连、乌鲁木齐、广州、深圳、重庆等地出现了大量土岩组合基坑，此类基坑上部为软弱土层，下部为强度较高的岩层，对于此类基坑，设计人员一般是采用“吊脚桩”支护来降低下部岩层的作业强度。“吊脚桩”作为一种新兴的支护型式，我国工程界对其尚未给出一套成熟的计算理论和较为完整的规范体系。本文以山东莱州某土岩组合基坑为研究背景，通过建立基坑数值模型，对基坑开挖过程中支护结构的受力与变形展开研究，并对相关支护参数的取值及基坑整体稳定安全系数进行探讨;通过引入统一强度理论，对作用于“吊脚桩”支护结构上的土压力进行计算。主要研究结论如下: (1)随着基坑开挖深度的增加，桩身最大正弯矩出现位置逐渐下移，最终稳定在基坑中部，桩身最大负弯矩位于土岩结合面处，负弯矩值在基坑开挖至嵌岩面时达到最大，下部岩层的开挖会造成桩身弯矩在一定程度上的减小。 (2)基坑开挖过程中，吊脚桩桩身水平位移最大值一直出现在桩顶，开挖至坑底时位移值达到最大，当开挖至土岩结合面时，桩身位移已基本稳定，也就是说在各项支护参数设计合理的前提下，下部高强度岩层的开挖不会对桩身水平位移产生太大影响。坑外地表沉降也主要发生在上部土层开挖阶段，随着距坑边距离的增加沉降值先增后减，沉降曲线大致呈V型分布，沉降发生的区域主要集中在超载作用范围内，沉降最大值发生在超载作用范围的中心位置。 (3)在预应力锚杆打设位置，其桩身弯矩及深层土体位移曲线均会出现转折，当锚杆轴力发展稳定后，会发现自由段内最大轴力值均超出了原施加的预应力值，说明锚杆各项参数设计比较合理，能够与周围土体紧密结合而发挥锚固作用。 (4)从改变支护参数的模拟结果中可以看出，相比于桩间距改变对支护结构受力与变形的影响，桩径改变所产生的影响更加明显，支护方案设计时可先从桩径入手对支护结构的受力进行调整。预留岩肩宽度及嵌岩深度是吊脚桩支护结构两项重要的设计参数，岩肩宽度、嵌岩深度取值过小时桩身受力及变形都十分不合理，此时基坑的整体稳定无法得到保障，若取值过大又会徒增工程成本，故应从经济及变形等多角度出发，综合确定支护设计参数。 (5)统一强度理论、Hoek-Brown强度准则的引入，不仅精确了吊脚桩支护结构上的土压力，而且在将重新计算得到的岩土体参数代入模型后，无论是在支护效果还是安全系数上均有所提高，说明两种理论的引入对基坑支护的优化设计具有重要作用。
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