桩-撑-锚组合支护结构的内力变形分析

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学校代号：10731．学号：112081402025密级：公开“兰州理工大学硕士学位论文桩一撑一锚"组合支护结构的内力变形分析堂焦圭遣厶丝刍i盂蕉苤一．昱!匝丝刍壁亟整!筮鏖魈塾援墙差堕僮!±查三捏堂暄童些名赘!结掏王猩迨塞握窑旦塑!至Q!垒生三旦迨室釜燮旦塑12Ql垒生鱼旦三旦筌迸委基金圭度!墓廑塾拯堡直王 TheinternalforceanddeformationanalysisofcombinedsupportingstructureofPile—strutbracing—anchorbyMENGDe-juB．E．(LanzhouUniversityofTechnology)2009AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceStructuralEngineeringintheSchoolofCivilEngineeringofLanzhouUniversityofTechnologySupervisorProfessorZHUYanpengApril，2014 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明●本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：蚕I_1鬻菊日期：列垆年，月f日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：矗德菊导师签日期：御年∥月占日日期：刎阵占月6日 硕士学位论文I■——————■—■——●■—●—■——■●■■■■■●■■——■■■●■量—■——●■—鼍■■|—■■——■■——■■—■■■●—■■●—■—|目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．．IABST卧(；1『⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．II第1章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。11．1本文研究的目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2国内外深基坑研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．3本文的研究内容和技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．10第2章。桩一撑一锚”组合支护结构的理论研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1l2．1“桩一撑一锚”组合支护的适用条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ll2．2“桩一撑一锚”组合支护结构的破坏形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。122．3“桩一撑一锚”组合支护结构的计算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．122。4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．14第3章“桩一撑一锚”组合支护结构开挖过程的数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．153．1MIDAS／GTS有限元软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．153．2工程算例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．163．3模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．183．4模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2l3．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．25第4章。桩一撑一锚”组合支护结构参数敏感性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯。264．1支护结构参数对深基坑的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．264．2支撑位置对支护结构的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一264．3撑锚间距对支护结构的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．304．4锚杆直径对支护结构的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯324．5内撑壁厚对支护结构的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．354．6桩径对支护结构的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．374．7本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．40第5章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．415．1结。论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4l5．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4l参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．43致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．q16附录A(攻读研究生期问发表的论文)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯47 硕士学位论文摘要近年来随着我国基础建设的大力发展，越来越多的高层及超高层建筑和地下轨道交通等集中在城市中心区域，而由此带来的深基坑工程也不断出现。由于城市中心建筑物密集、场地狭窄、施工周边环境极其复杂，从而增加了基坑支护的难度，并对基坑支护的安全性要求也更加严格。桩锚支护体系和内撑式支护体系是在基坑工程早期就开始应用及发展起来的支挡结构形式。目前，国内外学者通过理论计算和数值分析等方法对桩锚和内撑式支护结构的受力特性、作用机理等均作了相应的研究。但是对于“桩一撑一锚”联合支护体系的受力变形特性及影响因素相关方面的研究尚显不足。论文在前人对桩锚和内撑式支护结构方面研究的基础上，通过资料的收集、整理、研究及分析，对“桩一撑一锚”组合支护结构的内力和变形进行研究。在总结基坑计算方法的基础之上，对“桩一撑一锚”组合支护结构的内力和变形计算的数值方法进行了理论研究。结合相应的工程算例，通过有限元软件对基坑开挖支护过程的模拟分析，得出了支护结构的内力和位移变化曲线，并对影响支护结构内力和位移的敏感性因素进行了分析研究。为“桩一撑一锚”联合支护技术在工程实践中的应用提供了有益参考。本文主要研究内容如下：(1)通过对目前国内外基坑支护形式研究现状的了解，详细介绍了桩锚和内撑式基坑支护结构的研究现状、计算理论和分析方法，并对桩锚和内撑式支护结构的优缺点进行了对比分析。(2)在以往基坑支护结构理论研究的基础上，对“桩一撑一锚”组合支护结构的优缺点等进行概括总结。通过分析研究给出“桩一撑一锚”组合支护结构的内力计算公式。(3)以兰州地区某建筑深基坑工程的勘察报告为基础，借助有限元分析软件MIDAS／GTS对“桩一撑一锚”组合支护结构在基坑开挖支护过程中的内力和变形进行数值模拟分析。(4)通过模拟来研究不同设计参数下“桩一撑一锚”组合支护结构的内力和位移变化，并对模拟结果进行对比分析。关键词：深基坑：“桩一撑一锚”组合支护；内力；变形；有限元模拟分析 “桩．撑．锚”组合支护结构的内力变形分析AbstractInrecentyears，withthevigorousdevelopmentofconstructioninChina,moreandmorehigh-risebuildingsandundergroundrailtrafficconcentratedinurbancenterarea,andtheresultingthede印excavationengineeringareappearcontinuously．Duetothedensecitycenterbuilding，thenarrowsite，constructionenvironmentisextremelycomplex，thusincreasingthedifficultyoffoundationpitsupporting，andalsomorestrictlywiththesafetyoffoundationpitsupporting．Pile-anchorsupportingsystemandinteriorbracingsupportingsystemisstartedapplicationanddevelopmentofsupportingandretainingstructureintheearlyyearsoffoundationpitengineering．Atpresent,domesticandforeignscholarsthroughthetheoreticalcalculationandnumericalanalysismethodoftheretainings1眦turewithpile·anchorandstruts，mechanicalcharacteristicsandthemechanismandSOonhavemadethecorrespondingresearch．ButthebeariI喀anddeformingbehaviorandinfluencingfactorsofrelatedresearchforcombinedsupportsystemof”pile-bracing-anchor”isstillinadequate．Papersinthepredecessorsoftheretainingstructurewithpile—anchorandstrutsbasedonthestudy,throughdatacollection,arrangement,researchandanalysis，theinternalforceanddeformationofcombinedsupportsystemof”pile—bracing-anchor”werestudied．Inthepastbasedonthecalculationmethodsoffoundationpit,thenumericalmethodoftheinternalforceanddeformationofthecombinedsupportstructurehascarriedonthetheoreticalresearch．Combinedwiththecorrespondingengineeringexample，throughthesimulationanalysisoffiniteelementsoftwarefortheexcavatingandsupportingprocess，theinternalforceanddisplacementcurveofthesupportingstructureisobtained，andthefactorsaffectthesensitivityofthesupportingstructureinternalforceanddisplacementareanalyzed．To”pile-bracing-anchor”combinedsupporttechnologyapplicationintheengineeringpracticeprovidesausefulreference．Thisarticlemainresearchcontentisasfollows：(1)Basedontheunderstandingoffoundationpitsupportingformstheresearchstatusathomeandabroad,introducedtheresearchsituation,thecalculationtheoryandtheanalysismethodoftheretainings咖cturewithpile-anchorandstruts，andtheadvantagesanddisadvantagesofretainings仃ucturearecomparativeanalysis．(2)Inpastresearch,onthebasisofthetheoryoffoundationpitsupportingstructuresummarisetheadvantagesanddisadvantagesof”pile-bracing—anchor”combinationsupportingstructllre，etc．Throughtheanalysisofresearch”pile-bracing-anchor'’combinedsupportslructureinternalforcecalculationformula．(3)SomebuildingsinLanzhouareadeepfoundationpitengineering，onthebasisoftheinvestigationreport埘ththehelpoffiniteelementanalysissoftwareMIDAS／GTS，”pile—bracing—anchor”combinationsupporting舭tuI．einfoundationpitexcavationIl 硕士学位论文supportinginternalforceanddeformationintheprocessofnumericalsimulationanalysis．(4)Underdifferentdesignparameterswasstudiedbysimulatedinternalforceanddisplacementchangeof”pile·bracing-anchor”combination,andthesimulationresultswereanalyzed．Keywords：deepfoundationpit；combinedsupportofPile—strutbracing-anchor；internalforces；deformation；finiteelementsimulationanalysisIll 硕士学位论文第1章绪论1．1本文研究的目的和意义近年来，随着我国经济发展和城市化步伐的加快，人们对物质文化生活的要求也越来越高，为了满足人们对住房、出行及生活设施的要求，在城市涌现出了大量高层及超高层建筑。同时由于城市中建筑用地极为紧张，使得商场、停车场、仓库、铁路及民房等基础建设向着地下发展u1。由此产生的深基坑工程也与日俱增，但是由于这些建筑物深基坑大多位于城市建筑物等密集区域，常常与既有建筑物、交通主干道及各种地下管线等相邻，施工作业场地极其狭小、周边环境也非常复杂。所有这些因素给基坑设计、开挖及支护带来了越来越多的困难和未知的风险，由此也导致了许多基坑工程事故的发生，如图1．1。这些事故不仅给人们的生命造成威胁还带来严重的财产损失，而且对道路交通、水电供给、通信设施等均造成了严重破坏，给人们的日常生活带来了众多不便。图1．1基坑坍塌事故Figure1．1Foundationpitcollapse我国基坑工程有着较长的发展历史，理论体系也较为成熟，基坑支护体系也由单一的支护形式向多种支护形式协同作用发展。近几年来，目前，随着我国深基坑工程的Et益增多，基坑支护技术的研究也在向多元化方向发展，诸如，侯永茂等‘21通过有限元软件对软土地区超大型深基坑工程建立三维有限元分析模型进行分析，在对模型进行计算的过程中假定土体为横观各向同性体，同时考虑到围护结构与土体之间的相互作用，土体的分步、分区开挖以及支护结构的分区施工作业。然后通过对计算模型的计算结果与实测值进行比较分析，得出以下结论：将土体视为横观各向同性体时，利用三维有限元分析方法可以较好地模拟开挖过程中基坑的变形特性。通过对分层分区开挖和支护结构分区施工的模拟可以看出对基坑围护结构的变形有较大影响。高伟等¨1利用有限元软件对基坑分步开挖过程中土压力的性状及支护结构的变形进行了分析研究，介绍了有限元计算模型的建立及计算过程，通过对模型计算结果的分析判断，总结归纳出分步开挖各个阶段上支护结构的变形和主动区土压力的作用情况，并将数值模拟计算结果与实测数据和实际经验数值进行对比分析，得出采用有限元软件进行基坑分步开挖过程的模拟计1 “桩一撑一锚”组合支护结构的内力变形分析算方法的结果值与实测结果较为吻合。另外，还较为系统化的研究了基坑分步开挖过程的计算方法及过程，详细地研究了基坑开挖时荷载的形成情况，并提出了一种较为适合工程实际情况的开挖荷载计算方法。薛丽影等¨1系统的介绍了深基坑工程的特点和破坏形式，深入探讨了深基坑事故发生的内在因素。同时针对北京某地铁基坑工程事故进行详细的结构设计、现场施工和数值监测等各方面的调查研究分析，通过分析仍为该基坑事故发生的主要原因是钢腰梁与支护桩之间未按照设计要求来设置，从而导致了钢腰梁与支护桩之间的连接不能有效地承受斜撑轴力的切向分力，致使钢腰梁与基坑侧壁间产生了相对的摩擦滑动，从而使支撑结构丧失了承载能力。另外，斜撑与牛腿间也未按照设计要求进行焊接，从而导致支撑体系在重力方向上的受力机制发生了本质性的改变，使钢腰梁与基坑侧壁间水平方向防滑约束无效，造成钢腰梁发生倾覆失稳，钢斜撑一端自由下落。因此在深基坑工程中应加强施工过程及施工质量管理与控制，相关各方应加强沟通交流，旌工单位应当掌握设计人员的设计意图和设计资料中的关键环节。同时综合分析监测数据发生异常的深层原因，并提出有针对性的应急措施。王建华等¨1通过对上海市区内31个支护结构与主体地下结构相结合的深基坑工程案例实测变形资料的收集整理，从统计学角度探讨分析了支护结构与主体地下结构相结合时深基坑围护结构的变形特性。结果表明，围护结构最大侧移量介于0．1％H和0．6％H0．6％H之间，平均值仅为0．25％凰其中日为基坑开挖深度；而且发现围护结构的最大侧移一般发生在基坑开挖面附近。并且进一步对影响围护结构变形的因素，如墙底以上软土层的厚度、围护结构的插入比、支撑系统的刚度、坑底抗隆起稳定系数及第一道支撑的深度位置等进行了研究。目前，随着科技的进步、技术的革新及信息文化知识的交流，基坑设计理念、施工工艺及施工机械设备得到了极大的发展。多种基坑支护结构被广泛应用于实际工程当中，但是对于基坑工程方面众多因素的复杂性，尤其是在深基坑工程方面，一种有效地支护结构可减少工程事故的发生、加快施工进度、节约工程成本，因此一种有效地支护形式在深基坑工程中的应用和研究越来越具有深远的意义。虽然基坑支护结构形式多种多样，但是联合支护体系在充分利用了各支护结构特点的基础上，因地制宜地采用多种支护手段来支护深基坑的边坡土体，在既满足了基坑施工需要的同时又保证了周边环境的安全，并且加快了施工速度，节约了工程造价‘61。“桩一撑一锚”联合支护技术是在“桩一撑”和“桩一锚”两种支护技术的基础上，研发的一种具有综合优越性的新型联合支护形式n1。特别是在我国西北黄土地区，土层锚杆和内支撑的广泛使用为“桩一撑一锚”联合支护技术的应用提供了广阔的前景‘81。但是，目前对“桩一撑一锚”联合支护技术的研究较少，因此对工程实践的指导尚显不足，所以对其计算方法、内力分析、变形特性及参数敏感性的研究就显得十分重要。1．2国内外深基坑研究现状深基坑支护是地下工程的一个复杂课题，它综合性研究支护结构与岩土体协同作用下深基坑的稳定性。这一课题既涉及到土的形成、特性及土压力的产生等，又涉及到支护结构的受力、变形及稳定性。近年来，由于深基坑工程的不断涌现及基坑工程事故的2 硕士学位论文■———■—————■————————■——●■■—●■————————■—■■■■—■■■●■—■—●一I————————II●——一频繁发生，使相关的科研人员对深基坑支护方面的研究更为深入。在深基坑工程中为了保证基坑开挖安全及基坑的稳定性，在开挖的同时用围护结构对基坑进行支护，这种围护结构就统称为支挡结构。根据基坑工程开挖的方式和施工方法的不同，一般可以将基坑开挖分为无支护开挖和有支护开挖。由于深基坑工程在地下进行施工作业，因此其具有旌工条件复杂、施工作业面狭窄、场地周边环境复杂及和未知性因素较多等特点。介于深基坑工程的众多因素，在开挖时一般采用有支护开挖，采用有支护开挖时支护结构的形式较多。常见的有支护开挖的支护结构形式可分为几类：(1)悬臂式支护结构：(2)重力式支护结构；(3)拉锚式支护结构；(4)土钉墙支护结构；(5)内撑式支护结构：(6)其它型式的支护结构，主要有门架式支护结构；锚网支护结构；拱式组合支护结构；加筋水泥土墙支护结构：沉井支护结构；冻结法支护等n1。上述支护形式有其各自的优缺点，其中内撑式支护体系和拉锚式支护体系作为深基坑支护结构中最为常用的支护结构受到众多科研技术人员的关注。1．2．1桩锚支护结构的研究现状排桩预应力锚杆支护体系作为一种重要的基坑支护结构，早在20世纪80年代开始就在基坑工程中广泛应用与发展起来。桩锚支护体系主要有挡土体系和支撑体系组成，其中挡土体系是由若干个混凝土钻孔灌注桩组成的排桩体系，支撑体系是由若干个锚杆组成。排桩和预应力锚杆由冠梁和腰梁连接起来。从而使它们形成一个有机整体。深基坑中桩锚支护结构的研究涉及多个学科领域，是一项综合性较强的复杂性研究课题。许多工程科研方面的研究工作人员采用理论化分析、试验性研究、现场数据检测和模拟仿真分析等对桩锚支护结构的作用机理、受力分析、变形理论、施工条件和顺序等进行了多方位的研究。例如，吴文等n01综合考虑排桩、锚杆和土体的相互作用，结合工程实例，通过对土压力和土层锚杆进行测试和和现场基坑监测来研究深基坑工程中桩锚支护结构的受力和变形特性。研究结果表明：土层锚杆的位置、支护桩的刚度及被动区土体的“m”值对桩锚支护结构的受力和变形特性均有较大的影响，其中起到关键作用的是土层锚杆。作用土层锚杆可以减小支护结构的位移，从而达到维护基坑稳定的目的，当无土层锚杆作用时，支护结构为悬臂结构，对于深基坑或超深基坑而言悬臂结构是难以维持基坑稳定的；欧吉青‘1n在介绍了等值梁法、弹性支点法和三维有限元计算分析方法等桩锚支护体系的常用设计方法的基础上，分别应用这三种常用方法对某采用桩锚支护结构的深基坑工程中的围护桩位移、弯矩和剪力进行了计算，通过计算结果的比较分析，表明：等值梁法由于无法考虑支点刚度及冠梁对内力的影响，从而导致支护桩体的内力过大；弹性支点法因为无法考虑桩顶冠梁对桩项位移的约束作用，并且将所有支撑视为弹性支点的不合理性，从而使计算结果与实际结果相差较远；三维有限元法在避免等值梁法和弹性支点法不合理问题的同时又能通过改变岩土体计算模型，从而使计算结构更能接近实际情况。但由于有限元法在模拟计算时所采用的土体本构关系、土体参数、边界约束条件及支点刚度系数等很难确定，所以应通过大量可靠的工程实践经验来进行验证。李华伟等n柏以桩锚支护结构体系作用下某大型深基坑工程的现场测试数据为依据，分析研究了该基坑工程在开挖过程中基坑边地表的沉降量、桩体水平位移值、冠梁 “桩．撑．锚”组合支护结构的内力变形分析位移值和支护桩的内力随时间的变化，以及支护桩体上土压力的演化过程及分布特征。并以支护结构的内力和位移随时空变动的动态演化过程为基础，给出了支护结构受力和变形等各物理量之间的相互关系和转化过程。许锡昌等‘131通过对现场实测数据和数值结果的分析对某矩形深基坑工程桩锚支护结构进行研究，在总结冠梁和支护桩的空间变形模式的基础上进一步建立了整个支护体系的能量表达式。在利用最小势能原理，推导出支护桩体桩顶最大位移解析解的同时分析了支护结构主要参数对该位移的影响。研究结果表明：桩顶最大位移值随着坡顶超载和桩间距的增大而呈线性增大，但却随着锚杆刚度的增大而减小；当基坑深度系数逐渐增大时，桩顶的最大位移值也随之增大，但趋势较缓；基坑长度对桩顶最大位移的影响较大，但当其超过临界长度以后，桩顶最大位移值逼近最大值；同样锚杆的设置也有临界高度，当处于临界高度时，桩顶的最大位移达到最小值。最后，利用上述研究成果对广州太平广场花园基坑进行了验证，并与现场监测结果进行了对比，计算结果能够满足该工程项目的要求。闫刚丽等n41对实际深基坑工程的开挖过程进行了模拟时运用了有限元软件FLdC3D和理正数值模拟软件，主要分析了桩锚支护结构中支护桩随基坑的开挖过程桩顶水平位移、深层水平位移和支护桩内力的变化规律，并将现场实测值与软件的模拟计算结果进行了对比分析。结果表明：(1)有限元软件FLAC3D的模拟值与现场实测值和理正计算值相比，数值模拟在计算桩锚支护结构的桩身位移和桩身弯矩时，其模拟结果较理正计算值而言更接近实测结果。(2)从结果对比分析可以看出，在对深基坑桩锚支护结构进行分析计算时，采用有限元软件FI—C3D进行数值模拟的方法是切实可行的。(3)在施工方面，应用有限元软件FLAC3D对深基坑桩锚支护结构的施工过程进行数值仿真模拟，在施工前预测支护结构的变化，提前了解工程中的薄弱环节，从而做到重点监控，及时采取相应的对策。吴恒等n钉在对深基坑桩锚支护结构进行优化设计时，应用协同演化的思想成功开发了深基坑桩锚支护优化设计系统。协同演化算法作为一种常用的高效的优化算法，它为空间中模拟问题的不断变化提供了演化机制，较适用于深基坑支护等一系列复杂系统的优化。在工程实践中该方法优化效果明显，可将其作为深基坑支护结构优化设计的一种重要手段。时伟等‘161通过某深基坑工程的现场试验研究，对深基坑开挖过程中桩锚支护体系的受力特性采用基坑工程时空效应的理念进行了分析，通过分析，总结出了桩侧土体和围护桩的水平位移随开挖工况的变化分布规律。对变化规律的分析可以看出，在基坑开挖过程中桩侧主动区的土体在不同开挖深度处土体的变形不同，随着深基坑开挖深度的增加土体发生变形的范围也在逐渐增加，墙体的变形对土体的变形有影响。同时得出主动区土体在基坑开挖过程中处于静止状态与极限平衡状态之间的某一中间状态的结论，此次研究成果为以后进一步研究主动区土压力与支护结构位移关系奠定了基础。1．2．2内撑式支护结构的研究现状近年来，随着地下轨道交通的快速发展，深基坑内撑式支护结构被广泛的应用。内撑式支护结构主要由围挡结构体系和内支撑体系两部分组成。围挡结构体系一般采用钢筋混凝土桩排桩、SMW工法、钢筋混凝土咬合桩和地下连续墙等型式；内撑体系主要有钢筋混凝土支撑和钢管支撑两种形式，通常设置为水平支撑和斜支撑。在工程实践中，4 硕士学位论文—_——●_■_——_●_——___—___—_——__●_■——■量量—_●————_●———■——●—_一iI●根据地形条件、周边环境、基坑深度的不同，可采用单层支撑或多层支撑，分别如图1．2(a)、(b)、(c)、(d)所示。f。，^、．捌^，眠、—℃、(a>(bj图1．2内撑式支护Figure1．2Interiorbracingsupport在对内撑式支护结构进行研究方面，许多科研技术工作者为此做出了贡献，他们通过采用理论性研究、试验分析、现场数据检测和数值仿真模拟等手段对内撑式基坑支护结构进行了大量的长期研究。例如，李娟等n力针对以往相关的基坑工程规范对带支撑的深基坑整体稳定性分析时未考虑支撑作用，而造成安全系数值或可靠度指标值与实际不符这一现象，结合可靠度优化算法，在考虑支撑作用的基础上建立了优化模型，并详细分析了支撑在基坑整体稳定性方面所起的有益作用，以及支护桩嵌固端深度的均值和变异性对可靠度指标的影响。结果表明：考虑支撑作用时基坑的整体稳定性可靠度指标值大大提高，失效概率明显降低，安全系数增幅较小，支护桩嵌固端深度的均值和变异系数对可靠度指标的影响显著。在基坑支护结构进行设计时，采用可靠度分析方法来计算支护桩嵌固深度较安全系数设计法更为经济合理。秦立科等n盯以长条形基坑工程采用顶部支撑排桩支护体系为研究对象，考虑了冠梁的影响，在建立单元支护体系能量计算表达式的同时利用最小势能原理对单元支护结构中的排桩底部位移和冠梁中部位移进行了推导，且由此得出整个支护体系变形表达式，并进行了主要参数对位移的影响分析。最后通过实际工程进行验证。袁海庆等“钉就目前深基坑排桩一内支撑式支护结构在简化计算方面存在的桩与内支撑位移不协调的问题，提出将排桩一内支撑一土压力空间体系转换为桩弹簧支座一内支撑一等效结点荷载的“等价平面体系”的观点，然后再根据渐进算法来解决多层内支撑体系在空间耦合方面的简化计算方法。新方法能在满足桩一内支撑位移协调的前提下将空间结构问题转化为平面问题进行计算，主要计算依据与空间计算模型相同。算例的计算结果与．6VS耀空间有限元计算结果比较分析表明，对于单层内支撑而言，计算结果完全相符：对于多层内支撑而言，通过一定次数的迭代，本方法计算结果即可逼近空间有限元计算结果。刘润等‘抽’以某深基坑工程为研究对象，借助弹塑性有限元分析软件，重点研究支撑位置的变化对整个支护体系内力和变形的影响规律，同时对支撑位置的选取与支护体系内力和变形之间的关系进行详细分析。研究结果表明，支撑位置的改变会对整个支护体系的内力和基坑的变形造成影响，特别是对支护结构变形和支撑内力的影响幅度不容忽视。刘燕等“¨从斜撑系统的协同变形理论出发，利用最小势能解，提出了分区段先拆后撑的思路，推导了该类支撑结构在分段拆 “桩．撑．锚”组合支护结构的内力变形分析撑过程中，拆撑区段长度的计算方法。并结合具体工程实例，对该计算理论和结果加以验证，证实该方法是可行的，从而可以为今后该类支护形式的拆撑设计和施工提供借鉴。柏挺等“21推导顶部带撑条形基坑排桩围护体系的桩顶位移表达式。以条形基坑常用的带顶部支撑排桩支护体系为研究对象，考虑实际施工过程以及冠梁的影响，基于最小势能原理推导了支护桩变形的简化公式，并对影响变形的支护参数进行分析。结果桩顶最大位移瓦。随着悬臂开挖深度增加线性增加，且在相同开挖深度下，悬臂开挖深度所引起的桩顶位移要明显大于撑后开挖深度所引起的桩顶位移；桩顶位移随地基土水平抗力系数m值增大而迅速减小；桩顶位移随地面荷载口线性增长，但增速缓慢。刘俊岩等乜¨在实际工程中排桩斜撑支护体系与水平内支撑相比在深大基坑开挖时具有诸多优越性。但是有关斜撑拆除的研究却相对滞后，从而使得该支撑形式的利用受到很大的限制。一般情况下，内支撑的拆除多采用“先撑后拆”的方式，作者在排桩斜撑支护体系协同变形理论的基础上，提出了施工时进行分区分段“先拆后撑”的思路；利用最小势原理，推导了该类支护体系在分段拆撑过程中，拆撑区段长度的计算方法；再结合具体的工程实例，对该计算理论和结果加以验证。通过研究发现，决定分段长度的主要因素有冠梁弯矩、排桩弯矩和位移，并提出了对该类支护体系进行全过程优化设计的概念，从而为今后该类支护体系的拆撑设计和施工提供依据和借鉴。1．2．3基坑支护结构设计计算方法随着我国基坑支护形式的多样化，基坑支护结构的计算方法也在不断更新。目前我国基坑支护结构常用的计算方法主要有三种：极限平衡法、弹性地基梁法和数值分析法乜糊1。极限平衡法是一种常规设计方法，在我国深基坑支护设计发展初期时被广泛应用，这种方法是在假定支护结构在土压力和结构横向支撑力的作用下达到平衡的基础上，利用力及力矩平衡条件来求解支护结构嵌固深度和锚固力的。(2)弹性地基梁法(梁柱法)，弹性地基梁法是将支护桩(墙)当作弹性地基上的梁来处理，在假定侧向支撑为一组独立的弹簧，及弹簧常数即地基或基床系数随深度按某一规律变化的前提下，利用WinMer理论来进行计算，根据规律的不同此法又可分为c法、肌法和k法等。(3)数值分析法，数值分析法是利用数值分析软件，将基坑及支护结构离散成若干个微小单元来求解单元上所受的内力与位移。随着科技的发展这种方法不仅可以计算出支护结构和土体的受力和变形，而且可以考虑支护结构和土体的相互作用，其计算结果与实际更为接近，因此被认为是最有广阔发展前景的计算方法。1．极限平衡法极限平衡法是一种被工程技术人员所熟知的基坑支护设计计算方法。极限平衡法，假定围护桩在各力作用下绕基坑底面以下某点刚性转动，该点围护桩体无位移，合土压力为零，再通过经典土力学理论来计算主动土压力和被动土压。计算时转动点以上桩体由于受基坑外侧主动土压力作用而向基坑内偏移，基坑内侧底面以下受被动土压力作用；转动点以下桩体所受主、被动土压力则与上述相反。极限平衡法是利用平衡条件来求解，适用于悬臂支护，优点是简单实用，缺点是能算力而不能算位移。该法在西方发达国家应用较普遍，被多数国家和地区采用。根据文献伽1极限平衡法分为简支梁法、6 硕士学位论文●■■■●■■■■■■—■—■●—●———————舅■|●■——■●置■—量——●■———■—————■——●—————■■—_IIJ|等值梁法(固定端法)、改进固定端法等。简支梁法又称自由端法，其对桩底端求矩，使主动土压力和被动土压力以及锚拉力相平衡。该法从理论力学的角度考虑是合理的，但从材料力学的角度考虑，梁上某处存在相当大的负弯矩值，该值不是由主动土压力引起的，而是由较大的锚固力引起的，其计算结果和实际情况差别较大，用这个值设计桩身截面会造成较大的浪费，以致不得不采用某种方法人为地减少弯矩值laO!。固定端法，即等值梁法，亦是规程“11采用的方法。改进固定端法是对固定端法的最后一部进行改进，用水平力平衡而不是力矩平衡来计算零弯矩点到桩底端点的距离，将三次方程化为二次方程。对零弯矩点以上段列力矩平衡方程求锚拉力，再由水平力平衡求零弯矩点的剪力。该方法计算土压力为零的点以下桩长度比固定端法结果小：锚固力计算结果与固定端法一致；嵌固深度与自由端法接近。国外也有人提出，采用固定端法算锚固力，采用自由端法算桩长。改进固定端法刚好满足这一要求。极限平衡法具有假定简单、计算方便、工作量小等特点，但是由于其假定过于简单，所以难以表达出基坑支护结构体系对各参数变化的要求。因此在对基坑进行多支点支护结构设计时被弹性支点理论所代替。但是因为它计算方法简单便于手算，所以在目前悬臂式支护结构的计算当中仍然被保留了下来。我国《建筑基坑支护技术规程》06V120-2012)中明确规定对于悬臂式及单支点支护结构嵌固深度应按静力平衡法确定。一直以来许多科研技术人员都致力于对静力平衡法在基坑支护方面的研究，诸如张良斌等池1钢筋混凝土桩与锚杆组合支护体系是一种新型的组合支护体系，可以采用极限平衡法进行各个相关力学参数的研究，分析了支护桩的弹性模量、桩径及土的弹性模量对支护体系的受力及变形特性的影响，所得的结论对该组合支护体系的应用有一定的指导价值。王立明阳1将单支点桩锚支护结构的锚杆简化为水平方向的弹簧支座，将桩的入土嵌固端作为具有弹性转动能力的铰支座，建立支护结构的计算模型，并确定了模型中各个参数。按此计算模型，考虑支护桩的弯曲变形和刚体转动的叠加，推导出锚杆锚固点的水平侧移计算公式。刘全林Ⅲ1通过对土体加注水泥搅拌和拉锚，实现加筋水泥土斜锚桩对地层的主动加固，在基坑的四周形成重力式挡土结构，维护基坑壁的稳定。其介绍了其工作原理及对基坑稳定性的作用机理。2．弹性地基梁法弹性地基梁法是以地基开挖面为界限，在地基开挖面以上挡土结构采用梁单元，地基开挖面以下挡土结构为弹性地基梁单元，同时将开挖面以下的受拉杆或支撑构件采用弹性支承单元。在基坑以上分析时用Rankine主动土压力考虑土体对桩后的侧压力，开挖面以下的侧压力按矩形分布，其数值等于开挖面处的Rankine主动土压力。目前，对挡土结构内力和变形的分析一般都采用有限元分析，通过数学逼近的方法使挡土结构的计算结果更接近实际受力情况。同时采用有限元算法可以将基坑开挖过程中水压力变化、支撑及锚杆的架设与移除、支撑预加轴力等诸多因素有效的结合起来对挡土结构进行有效的计算分析。随着该方法的理论研究不断改进，弹性地基梁法已经在许多实际工7 “桩．撑．锚”组合支护结构的内力变形分析●●—●●●———■—■———————●■■●■—■量|董皇量■—■■■■■——曼量曼量量罾■■—■■——■————_I■■■—皇量■■—■罾——量——_程的到了广泛的应用。诸如，王建华等¨钉在有限元软件中进行二次开发实现了空间m法并应用该程序对上海银行深基坑工程支护结构进行了计算，为解决m值取值经验性较大及m值难以确定的问题，本文结合前期工况实测资料运用非线性回归反分析方法进行了位移反分析，得出较合理的各层土的m值并用该值对基坑开挖最终工况下的变形进行了分析，预测结果表明应用空间m法结合位移反分析算法，可以反映围护结构变形性状及开挖的空间效应文中的计算结果与实测基本吻合。王建华‘舯1本文根据竖向弹性地基梁“m”法计算原理，结合大型通用有限元软件将平面弹性杆系有限元法推广到三维问题，提出了既符合目前的基坑设计规范又可以考虑土一围护一支撑体系共同作用的基坑支护结构三维分析方法(三维“m”法)。采用三维“m”法与规范推荐的平面弹性地基梁法对上海南站北广场基坑工程的比较分析表明三维“m”法将挡土结构和支撑体系作为整体进行计算可以自动满足两者的位移协调，并可以直观地给出支护结构各个位置的变形及受力状况，且相比平面方法，三维“m”法连续墙水平位移计算值更接近于实测结果。应用三维“m”法综合考虑时间效应与空间效应对长峰商场基坑工程进行了分析，计算结果与实测值吻合，分析结果表明无支撑暴露时间下，连续墙位移明显增大，支撑浇筑有效地限制了位移的进一步增大，特别是支撑处的连续墙位移基本稳定。实例分析表明三维“m”法符合规范要求，且其参数的选取可以参考已经积累的土体参数的取值经验，计算结果合理，可直接应用于工程设计。3、数值分析法数值分析法的应用主要包括两类：一种是有限差分法，另一种是有限元法。数值分析法主要是通过时间上的变化来反映支护结构与土体之间的相互作用，并使得试验模拟的结果跟工程实际中的结果更相符。有限元数值分析方法是将整个分析对象视为连续体，然后将连续体划分为有限个单元，即对连续体进行离散化处理。在对有限个单元求解后将用节点连接的组合体替代原来的整个连续体。通过求解局部单元平衡方程得到连续体的整体方程，在此基础上引入边界条件、施加荷载等约束施加在微单元上，然后利用应力应变关系和本构关系，将平衡方程式转化为线性方程组来进行求解。离散化就是将一个连续体划分成有限个单元，单元之间用节点连接。将连续体分割为单元时，一般根据实际模型的特点，选择合适的单元类型。常用于离散结构的单元形式有平面三角形单元、平面四边形等参数单元、空间四面体单元、空间六面体等参单元等。一般情况下，单元划分越细则表达变形情况越精确，即越接近实际，但计算量越大。诸如，陈晓平等H¨根据深基坑支护系统中支护桩一支撑一土的共同作用特征建立了三维杆系有限元分析模型，克服了平面模型和块体模型的主要缺陷，可以在计算中量化深基坑支护结构中各部分的个体效应和整体效应，可以在考虑空间作用的同时输出大量设计信息，包括支护桩位移、内力、支撑结构内力，并可通过调整计算条件来分析各类因素的影响。刘贵应等n21隧道开挖后的支护结构设计，唯有在充分考虑原岩条件的支护设计，并确保支护体系、支护结构和参数以及施工工艺过程与围岩变形力学特性相适应、相匹配的条件下，才能达到最大限度发挥围岩自承能力和支护体系支承能力，达到控制 硕士学位论文围岩变形、维护隧道稳定的目的，得出了锚杆弹性模量为围岩体等效变形模量的250倍时，锚杆支护刚度就与围岩体强度达到“耦合”状态的结论，为合理设计隧道锚杆支护结构提供了可靠依据。赵剑豪“31采用岩土工程数值模拟方法建立桩锚(撑)与加筋联合支护结构的计算模型，对不同土层和桩锚(撑)刚度的联合支护结构的作用机理和变形性状进行数值模拟。1．2．4桩锚支护结构的特点排桩锚杆支护结构在我国通过大量的工程实践和多方位的研究如今其理论体系已较为成熟，通过对以往大量工程实践和期刊资料的整理分析研究，总结了桩锚支护结构在基坑工程应用中的特点：(1)采用桩锚支护结构进行基坑支护时，由于锚杆的施加不占用基坑内侧空间，从而为土方的开挖和地下构筑物的施工作业提供了较为宽阔的空间。因此，桩锚支护结构可以用于施工场地狭窄，坑内作业较小的基坑工程之中。(2)桩锚支护结构在施工时，锚杆的施加可以保证基坑开挖的垂直进行，开挖采用逐层边挖边设置锚杆的方式，因此不仅可以大大缩短施工周期，还可以及时控制由于基坑开挖引起的变形。但是由于锚杆控制基坑变形的能力有限，因此合理的确定基坑的开挖深度就显得尤为重要。(3)桩锚支护体系一般用于可提供锚固力的地层中，基坑的开挖深度一般为lOm-20m左右。(4)锚杆抗基坑变形的能力与锚杆锚固段的设置有很大关系，若锚杆锚固段未伸入潜在滑裂面以内就可能导致锚杆整体的失效和基坑的失稳，因此锚杆锚固段的长度设置也是影响其作用的重要因素。(5)在基坑开挖过程中桩锚支护结构通过锚杆和围护桩共同来抵抗土压力导致的基坑变形，锚杆的合理设置可以使围护桩的受力和变形更加合理。由于在土层中锚杆之间会因为设置的不合理而产生群锚效应，因此在锚杆设计时应控制好锚杆的排距和水平间距。根据我国规范要求，锚杆排距一般不宜小于2．5肼，水平间距不宜小于1．Sin且不宜大于4m。1．2．5桩撑支护结构的特点在深基坑工程中排桩内支撑支护结构作为一种常用的支护形式，近年来得到广泛应用，多年来的应用研究表明桩撑支护结构具有以下特点：(1)内支撑具有较强的控制基坑变形的能力，因此被用于对基坑变形控制较为严格的基坑工程当中。(2)桩撑支护结构不受地质条件的影响，特别是在软土地区支撑支护更能发挥其优越性，并且桩撑支护结构的承载力主要取决于自身的强度、截面类型及尺寸等。(3)桩撑支护结构一般不会受到基坑的限制，但是对于较深而且较狭窄的基坑工程而言，内支撑的施工会受到一定的影响，从而使减缓基坑工程的旌作速度。(4)对于平面尺寸较大的基坑工程而言，桩撑支护结构将不太适用，因为基坑开9 “桩．撑．锚”组合支护结构的内力变形分析————●—■————■—■■—■●————■—●■——■—舅●——■—■—■■——■簟一II■■■■曹_挖范围较大的基坑跨度也较大，内撑之间的衔接会对支护效果产生影响且工程造价较高。(5)桩撑支护结构中内支撑之间的间距较大，在施工中进行拆撑时会引起较大的附加变形，可能引起基坑失稳。1．3本文的研究内容和技术路线1．3．1本文研究内容由于至今国内外在深基坑采用“桩一撑一锚”联合支护技术方面的研究一些尚显不足，本文通过采用理论分析和数值模拟相结合的方法，对基坑支护结构研究现状，“桩一撑一锚”组合支护结构的优缺点、作用机理和计算方法，基坑开挖支护过程中围护桩、内支撑和锚杆的受力变形特性，支护结构参数变动对其的影响等方面进行相应的研究。本文的主要研究内容如下：(1)通过对国内外基坑资料的收集和整理，了解“桩撑”和“桩锚”支护结构的研究现状，总结了基坑支护结构的研究计算方法，概括了“桩撑”和“桩锚”支护结构的优缺点。(2)通过对“桩撑”和“桩锚”支护结构的对比研究，进行了“桩一撑一锚”联合支护体系的优缺点总结，同时给出了“桩一撑一锚”组合支护结构的理论计算表达式。(3)利用有限元软件对某一工程算例进行基坑开挖支护过程中“桩一撑一锚”组合支护结构的内力和变形等进行分析，绘制围护桩、内支撑和锚杆的位移、内力曲线图，并对曲线图进行分析，总结其变化规律。(4)采用MIDAS／GTS数值分析方法，分析了内支撑位置的变动、撑锚间距的改变、不同锚杆直径、不同内撑壁厚及各桩径对“桩一撑一锚”组合支护结构内力和变形的影响，并对各参数的敏感性进行研究。1．3．2技术路线针对本文的研究内容拟采用理论推导计算公式与工程算例数值模拟相结合的技术研究路线。首先，通过对大量相关资料的收集和整理分析来研究支护结构的理论计算方法；其次，应用有限元软件对某工程算例进行模拟分析：最后，通过对理论与模拟研究的综合分析支护结构的受力变形特性。10 硕士学位论文第2章“桩一撑一锚”组合支护结构的理论研究“桩一撑一锚”联合支护体系主要由围护桩、内支撑、预应力锚杆和连梁四部分组成，在地下水位较高的基坑中，围护桩后还可以设置防渗堵漏的水泥墙体等。“桩一撑一锚”联合支护体系中的各组成部分之间相互联系、相互作用、相互影响，形成了一个不可分割的有机整体。“桩一撑一锚”联合支护体系在深基坑支护中可以有效地控制基坑周边土体的变形、有利于地下工程的施工、缩短了施工作业时间及降低了工程造价。“桩一撑一锚”联合支护体系中围护桩、内支撑和锚杆之间通过相互协同作用来为基坑开挖的安全性提供有效保障。“桩一撑一锚”联合支护体系中的协同作用主要是指为了保证基坑开挖的安全及其共同作用时的协调性，围护桩上布置内支撑位置的位移与布置锚杆位置的位移之差在一定范围内变动。保证支护结构协调性的主要方法是布置好内支撑和锚杆的位置、控制内支撑和锚杆之间的间距以及围护桩、内支撑和锚杆的刚度大小及截面的选取等。2．1“桩一撑一锚”组合支护的适用条件“桩一撑一锚”联合支护体系作为一种新型的基坑支护形式，目前已在部分基坑工程中应用，它将“桩撑”和“桩锚”两种支护形式有效地结合在一起，克服了这两种支护结构单独作用时的不利因素。“桩一撑一锚”联合支护体系有其一定的适用范围和适用条件：(1)基坑工程的周边环境条件“桩一撑一锚”联合支护体系由其组成结构可以看出，对于那些采用“桩撑”或“桩锚”的基坑均可以采用，其对支护的周围环境条件并无其他特殊要求。(2)施工场地的地质条件由于预应力锚杆的作用使“桩一撑一锚”组合支护结构对施工场地的地质条件有一定的要求，在采用“桩一撑一锚”组合支护结构的深基坑中地层状况要能够为锚杆锚固段提供可靠的锚固作用，在下部有较厚淤泥层、淤泥质土层或新近填土层的基坑中一般不宜采用。(3)基坑的开挖深度基坑开挖深度的确定一般有周边环境和土层条件所决定，基坑开挖的深度也对选择何种支护结构起决定性作用。“桩一撑一锚”联合支护技术由于其对基坑的变形控制能力较好，因此可以用于较深的基坑工程当中。但是由于“桩一撑一锚”组合支护结构中锚杆和内支撑的多少及分布情况不同，如何根据基坑的开挖深度来确定支护结构中内支撑和锚杆的分布情况就显得比较重要。根据以往的工程经验和研究成果，对于一些基坑周边环境比较复杂、开挖深度在15m～20m的基坑工程一般可采用“一道内支撑+多排预应力锚杆”的联合支护结构较为适宜。再者对于那些基坑开挖深度超过20m的基坑，“桩(墙)一撑一锚”组合支护结构可根据实际工程概况来决定支护方式。 “桩．撑．锚”组合支护结构的内力变形分析2．2“桩一撑一锚”组合支护结构的破坏形式“桩一撑一锚”组合支护体系属于柔性支护体系，在基坑支护中其破坏主要由四方面引起：(1)围护桩体的破坏引起(2)预应力锚杆的破坏引起(3)内支撑的破坏引起(4)基坑周边环境的改变导致的破坏。以上四方面只要有一个方面发生破坏，整体支护结构就会发生破坏，因此在工程实践中应给予足够的重视。1)围护桩的破坏“桩～撑一锚”组合支护结构中围护桩的破坏形式有多种，例如由于地下岩土情况的复杂性而对土压力等估计不足，导致围护桩的围护桩体自身的强度偏小，在基坑开挖过程中由于承载力不够造成的破坏：由于围护桩嵌固端嵌入土体的深度不够，无法提供足够的土抗力从而引起围护桩的倾倒所造成的破坏。2)预应力锚杆的破坏“桩～撑一锚”组合支护结构中预应力锚杆的破坏可能由多种因素引起，例如由于锚杆的设计拉力小于实际受力从而使锚杆受力过大而被拔断或从土体中被拔出造成整体支护结构的破坏：锚杆锚固段设计长度不足或桩锚之间的连接出现问题使得锚杆无法正常发挥作用而引起的破坏。3)内支撑的破坏“桩一撑一锚”组合支护结构中由内支撑的破坏引起的支护结构整体失效的因素有多种，例如内支撑的设计刚度过小，在开挖时内支撑变形过大，从而导致支护结构失效；内支撑连接处出现问题致使支护结构未起到很好的支撑作用而引起的破坏。4)基坑周边环境的改变“桩～撑一锚”组合支护结构中围护桩的破坏形式有多种，例如基坑周边的堆载物集中在某处引起局部支护结构的破坏：基坑周边地下水的变化导致基坑支护结构的失效。2。3“桩一撑一锚"组合支护结构的计算方法“桩一撑一锚”组合支护结构可以看成是一个多支点支护结构，以往对于多支点支护结构的理论计算一般采用弹性支点法。弹性支点法是将支护结构看成是竖向的弹性地基梁，它的变形主要由侧向土压力引起。侧向土压力的计算通常采用经典土压力理论，在计算中把基坑开挖面以上的支撑体系看作弹性支点，将基坑开挖面以下的土层作用看作是一系列土弹簧。这种做法将基坑开挖面上的支撑体系作了简化处理，根据《建筑基坑支护技术规程(‘，口120．2012)))的方法。同时认为桩体嵌固端的土体已经达到了极限被动土压力状态，从而根据力的平衡条件来建立开挖面以上至最后一道支撑的挠曲地基梁微分方程和开挖面以下的弹性地基梁微分方程，见式(2．1口)和式(2．16)o然后在考虑开挖面处和基坑底处的连续条件的情况下对两段微分方程同时进行求解1441。基坑开挖面以上支护结构的基本挠曲线方程按下式计算： 日宰一‰．以：o(o≤x≤％)积(2-1a)在基坑开挖面以下支护结构的基本挠曲线方程按下式计算：彤警+m‰(卜％)y--ea止"bs=o(x≥％)(2-lb?式中：日一支护结构计算宽度的抗弯刚度(N·m2)；m—地基土水平抗力系数的比例系数(N·m2)；6h一抗力计算宽度(m)；x一支护结构顶部至计算点的距离(m)；吃一第n工况基坑开挖深度(m)；Y一计算点水平变形(m)：6。一荷载计算宽度，排桩可取桩中心距(m)；‰～桩后主动土压力(圮)；当地基为分层土时，不同土层所对应m值的取值不同，因此需要根据分层情况分别建立对应的变形方程。由于列出的方程式比较多而复杂，因此一般采用杆系有限元法对上述变形方程进行求解。对于第，层支点边界条件宜按下式确定：巧=％(乃一Yo，J+瓦』(2—2)式中：七r，一第，层支点水平刚度系数；y，一按式(2．1)计算的第J层支点水平位移值(删肌)；％，一按式(2-1)计算的在支点设置前的水平位移值(小)；70，一第，层支点预加力(埘)：当支点施加预应力To，时且按式(2—2)来确定的支点力I