复合土钉支护机理研究及其工程设计可视化

• 作 者: 杨超
• 机 构: 河南理工大学
• 出 处: 河南理工大学
• 发表日期: 2005年期
• 关键词: 深基坑工程 复合土钉支护 数值试验 设计可视化 预应力锚杆

预应力锚杆和土钉联合作用的复合土钉支护技术是一种综合的深基坑支护技术，不仅能够维护基坑良好的稳定性，并且可以有效地控制基坑侧移，创造良好施工环境，在岩土工程界已广为应用。本文通过数值试验研究了复合土钉支护基坑内部整体稳定性的作用规律，分析了复合土钉支护结构参数对基坑工作性能的影响，总结了复合土钉支护的作用机理。同时，基于已有的研究理论和数值试验分析结论，实现了复合土钉支护工程设计的可视化。
复合土钉支护基坑内部整体稳定性试验研究结果表明：复合土钉支护借助于预应力锚杆的主动制约和土钉的整体支护作用，有效地限制基坑土体的水平变形，加强了基坑的整体结构稳定性，改变了无支护基坑土体的变形与破坏性态。复合土钉支护基坑的破坏失稳过程伴随着明显的塑性变形发展阶段，基坑土体可以划分为三块：外侧的滑动楔体、内侧的稳定体和两者之间的过渡体；与此对应，滑移面分为浅层直线和深层弧线两种，且均通过坑脚。
通过复合土钉支护结构参数试验研究分析发现，复合土钉支护下对维持基坑稳定性和限制基坑侧移影响较大的因素为土钉的竖向间距、钢筋直径和布置倾角以及锚杆的锁定预应力，上长下短型土钉布置和顶部设置双层预应力锚杆的复合土钉对基坑侧壁上部的水平位移有较好的约束，等长土钉布置和设置小自由段长度、大直径锚杆的复合土钉可以维持基坑良好的稳定性，上短下长和交错土钉布置的复合支护方案效果较差。同时，土层参数试验说明土体的粘结强度和内摩擦角对基坑的稳定性和变形有重要影响，因此，采用复合土钉支护技术时，应充分考虑基坑土质情况，结合实际情况设计最优的复合土钉支护方案。
编制了预应力锚杆与常规土钉联合作用的复合土钉支护工程设计的可视化软件——CSN。CSN可以根据工程的实际情况选择与其相应的内部整体稳定性分析模式，具有较大的灵活性，从而保证复合土钉支护工程设计的合理性；此外，CSN能够动态地显示复合土钉支护的施工过程以及对应工况下基坑的整体稳定性情况，十分直观、形象。通过同济启明星深基坑分析计算软件FRWS验证了复合土钉支护工程设计软件CSN具有良好的可靠性。实际工程设计证明，CSN能够顺利完成复合土钉支护工程的设计计算。