弹性地基梁法在桩锚支护结构设计中的应用

桩锚支护结构内力计算方法研究及其在基坑工程中的应用的开题报告一、研究背景和意义随着城市建设的不断发展，基坑工程逐渐成为城市建设不可或缺的一部分。

桩锚支护结构作为一种常见的基坑支护结构，在基坑工程中得到广泛应用。

桩锚支护结构的设计和施工需要准确计算内力，以保证结构的稳定性和安全性。

因此，研究桩锚支护结构内力计算方法及其应用在基坑工程中的意义重大。

二、研究现状目前，国内外已经有很多学者对桩锚支护结构的内力计算方法进行了研究。

其中，经典的分析方法包括弹性理论方法、有限元法等。

此外，还有一些基于试验的实测方法，包括劈裂法、静载试验法等。

这些方法都具有一定的优缺点，需要结合实际情况进行选择和应用。

三、研究内容和计划本文主要研究桩锚支护结构的内力计算方法及其在基坑工程中的应用。

具体研究内容包括以下几点：1. 对桩锚支护结构的基本原理和结构特点进行分析和总结。

2. 探究桩锚支护结构内力计算的理论基础和分析方法，包括弹性理论方法、有限元法等。

3. 针对桩锚支护结构的实际情况，研究实测方法，包括劈裂法、静载试验法等。

4. 讨论桩锚支护结构内力计算方法的适用范围和优缺点，并进行比较和分析。

5. 尝试将研究结果应用于实际基坑工程中，并总结应用效果与不足之处。

计划时间表如下：第一阶段（1个月）：对桩锚支护结构建立基本认识，进行现有文献和研究成果的梳理和总结。

第二阶段（2个月）：对桩锚支护结构的内力计算方法进行深入研究和分析，并选取适当的方法进行验证和比较。

第三阶段（2个月）：结合现有实测数据，对实测方法进行研究和探索，并选取适当的方法进行验证和比较。

第四阶段（1个月）：总结和分析各种方法的优缺点，进一步优化和完善桩锚支护结构内力计算方法。

第五阶段（2个月）：将研究成果应用于实际基坑工程中，并反思总结应用效果与不足之处，以期进一步完善和优化桩锚支护结构内力计算方法。

四、预期成果本研究预期可以达到以下几个方面的成果：1. 系统地总结和归纳桩锚支护结构的内力计算方法，针对不同情况选取适当的方法进行分析和处理。

深基坑支护结构理论计算方法发表时间：2019-08-19T10:48:49.627Z 来源：《防护工程》2019年10期作者：刘晓玉黄剑[导读] 将认可度比较高的计算方法进行了归纳，可为相关理论分析提供参考。

广州大学土木工程学院广东广州 510006摘要：本文介绍了常用的深基坑支护结构理论计算方法，将认可度比较高的计算方法进行了归纳，可为相关理论分析提供参考。

关键词：深基坑；基坑支护；理论分析0引言在深基坑支护结构理论计算方法的研究上，目前比较成熟且认可度较高的主要有以下三大类：经典方法、弹性地基梁法、有限元法[1]。

1经典方法经典方法主要有静力平衡法、等值梁法、Terzgahi法、弹性曲线法、等弯矩法及等轴力法[1][2]。

经典方法是基于力的平衡这一基础建立的理论方法。

这种方法主要是选用单位宽度受侧向荷载的梁系作为研究对象，如经典的等值梁法和1/2切割方法等，采用的土压力理论中，既有经典的朗肯土压力理论，也有Terzgahi-Peck表观土压力理论[3]。

该方法将围护结构看作是一条插入土体的竖向梁，假设支撑点固定不动，围护结构即成为一个受土压力的作用的多支承点的梁。

这种方法计算简便，适合手算，可近似的得出围护结构的内力，但计算结果误差较大，且无法同时求出围护结构的位移，无法根据施工情况的变化，求得围护结构确切的内力值。

而在计算机的大范围普及和有限元方法的不断推广情形下，该方法的应用也越来越少。

总之，由于经典方法无法分析不同施工工况下的内力情况，且未考虑土体与围护结构的变形因素，导致该方法逐渐散失了其原有地位。

2弹性地基梁法2.1 弹性地基梁法弹性地基梁法是基于经典法发展起来的一种改进型计算方法，该方法是在经典法的基础上，将土的作用等效成一系列弹簧的弹力作用，同时将支撑与锚杆也用弹簧进行替代，这样可以把整个支护结构看成是一弹性支撑的地基梁。

而计算弹簧刚度的方法有m法、E法、C 法等，土压力理论一般采用经典的土压力理论，如库伦土压力理论及朗肯土压力理论。

根据上海市标准《基坑工程设计规程》的规定，在施工临时工况下，地下连续墙的计算采用规范推荐的竖向弹性地基梁法(“m ”法)。

弹性地基梁法取单位宽度的挡土墙作为竖向放置的弹性地基梁，支撑简化为与截面积、弹性模量、计算长度有关的弹簧单元，如图1为弹性地基梁法典型的计算简图。

图1 竖向弹性地基梁法计算简图基坑开挖面或地面以下，水平弹簧支座的压缩弹簧刚度H K 可按下式计算：h b k K h H ..=z m k h .=式中，H K 为土弹簧压缩刚度(kN/m)；h k 为地基土水平向基床系数(kN/m 3)；m 为基床系数的比例系数；z 为距离开挖面的深度；b 、h 分别为弹簧的水平向和垂直向计算间距(m)。

基坑内支撑的刚度根据支撑体系的布置和支撑构件的材质与轴向刚度等条件有关，按下式计算：BL A E K ....2α= 式中：K ——内支撑的刚度系数(kN/m/m)；α——与支撑松弛有关的折减系数，一般取0.5～1.0；混凝土支撑或钢支撑施加预压力时，取1.0；E ——支撑构件材料的弹性模量(kN/m 2)；A ——支撑构件的截面积(m 2)；L ——支撑的计算长度(m)；S ——支撑的水平间距(m)。

（2）水土压力计算模式作用在弹性地基梁上的水土压力与土层分布以及地下水位有关系。

水土压力计算采用水土分算，利用土体的有效重度和c 、ϕ强度指标计算土压力，然后叠加水压力即得主动侧的水土压力。

土的c 、ϕ值均采用勘察报告提供的固结快剪指标，地下连续墙变形、内力计算和各项稳定验算均采用水土分算原则，计算中地面超载原则上取为20kPa 。

基坑周边地下连续墙配筋计算时分项系数取1.25。

①土压力计算：墙后主动土压力计算采用朗肯土压力计算理论，主动土压力强度（kPa ）计算公式如下： a a i i a K c K h r q p 2)(-+=∑其中，i r 为计算点以上各土层的重度，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取水下重度；i h 为各土层的厚度；a K 为计算点处的主动土压力系数，)245(tan 2φ-= a K ； φ,c 为计算点处土的总应力抗剪强度指标。

排桩支护1.目前国内外研究综述排桩支护是指由成队列式间隔布置的钢筋砼人工挖孔桩、钻孔灌注桩、沉管灌注桩、打入预应力管桩等组成的挡土结构。

排桩支护是深基坑支护的一个重要组成部分，在工程中已得到广泛应用。

它随着科学技术的发展、随着时代的需要而产生；随着岩土工程，结构工程，环境工程的不断发展而发展：随着工程力学，计算方法，材料科学的发展，其受力特性将更加明确，形式将更加多样。

为了把排桩支护结构技术更好地应用到工程中，人们对排桩的工作性能进行了深入的探讨和研究。

研究手段包括理论研究、数值分析和室内外实验研究等几个方面，重点对排桩内力、排桩变形、稳定性和排桩相互作用及优化设计等方面进行了分析探讨和分析。

吴铭炳[1]根据福州软土基坑应用排桩支护结构的原位测试结果,分析总结了排桩支护结构实际受力变形特征,对比了不同理论计算结果与实测结果的异同,提出了，(1)控制排桩位移措施。

(2)围护桩为受弯构件,桩身钢筋应力状态主要与支护型式(悬臂或支撑)有关,围护桩采用双面不对称配筋,有利于发挥围护桩强度。

(3)悬臂式排桩顶部位移最大,其大小主要受土层性质控制,支(锚)撑式支护桩位移在开挖面附近达最大值,其大小主要受支护结构本身刚度控制。

(4)钢筋混凝土内支撑松弛系数:第一层支撑α=0.9~1.0,第二层支撑α=0.7~0.9,第三层支撑α=0.5~0.7,应尽量减少支撑层数。

(5)目前常用的计算方法对(软土地基)一层支撑的排桩支护计算较为准确,二层以上支撑的排桩支护内力应采用考虑支撑设置滞后的m法计算,但由于软土的特殊性位移计算仍不准确,在支护设计中应采取相应措施。

Phili S K [2]等分析了有桩顶约束的群桩效应。

Addenbroke 和Dabee[3] (2000)采用平面非线性有限元法，分析了30 多个硬粘土中的深基坑开挖算例，基坑分析中假定土体不排水。

在多支撑挡土墙设计中提出位移柔度系数的概念，用位移柔度系数( Δ= EI /h5)控制深基坑设计。

浅谈等值梁法在基坑支护设计中的应用摘要：极限平衡法、弹性地基梁法及有限元法是目前计算地下支护结构内力的经典方法。

其中极限平衡法中的等值梁法由于其模型简单、便于计算、安全性高，在我国工程界有着广泛的应用。

关键词：等值梁法基坑支护桩锚支护土压力1、等值梁法的基本假定及应用范围作为经典计算方法的等值梁法易于建模，计算简捷，可靠性高，所以在我国工程界应用广泛。

在分阶段计算多支撑结构内力时，引入了三点基本假设：1 不考虑设支撑前墙体已产生的位移；2 假定支撑为不动铰支座；3 下层支撑设置后，上层支撑的支撑力不变。

从上述假定不难看出，等值梁法是一种不考虑土与机构变形的近似计算方法，这是它与环境条件较好的二类基坑，多支点结构尽量不用。

2、等值梁法的基本原理[1]（以单支点板桩为例）单支点桩根据桩底端嵌固深度的不同分为两种情况：一种是入土较浅时，桩底端可视为自由端支撑；另一种埋深较大时，可视为嵌固形式即固定端支撑。

下面就俩种不同的形式作一介绍：(1)支护桩入土深度较浅，支护桩根前的被动土压力全部发挥，此时桩体处于极限平衡状态。

锚与桩底间的跨间正弯矩较大，桩入土深度较浅，桩前被动土压力只有在土有相当的变形时才能产生，因此桩底端可能产生位移。

（2）支护桩入土深度增加，桩根前后都出现被动土压力，支护桩在土中处于嵌固状态，上端锚索相当于简支，下端入土部分相当于嵌固，它的跨间正弯矩相对减小，并出现一个相反的负弯矩，其值小于跨间正弯矩。

该状态的桩虽然加长，但弯矩减小，可以选择较小的断面，同时因入土加深，比较安全可靠。

在实际设计中常采用此模式。

前一种情况采用静力平衡法即可求解，不再赘述。

第二种情况的计算模型如下图：ac为一梁，c端嵌固，另一b端简支。

弯矩图在d点发生转变。

若将ac梁在反弯点d处断开，并在d点设一自由支撑，形成ad梁则该段的弯矩图同整梁一样，即ad梁为ac梁上ad段的等值梁。

对于下端为弹性支承的单支撑挡墙其净土压力零点与弯矩零点位置很接近，因此可在压力零点处将板桩划开作为两个相连的简支梁来计算。

微型钢管桩在深基坑支护工程中的计算分析摘要：当施工场地受限，用地红线、基坑边缘线距离较近，混凝土桩（墙）支护结构难以实施时，微型钢管桩结合预应力锚索（杆）便成为大家首选的支护形式，既解决了工作面狭小混凝土桩（墙）施工机械无法实施的困难，又保证的基坑及周边地物的安全稳定。

本文对微型钢管桩支护结构的计算分析进行阐述，希望对类似工程有一定的指导意义。

关键词：微型钢管桩预应力锚索弹性支点法变形控制随着城市建设的高速发展，建筑施工周期越来越短，深基坑支护的设计与施工则成为地下空间结构施工的重中之重。

既要保证基坑及周边地物的安全稳定又要快速完成基坑支护结构施工，为地下空间结构的施工创造条件。

目前常用的深基坑支护形式主要有排桩或、地下连续墙结合内撑或锚杆支护体系、土钉墙支护体系、SMW工法体系，其中以混凝土桩（墙）体系为主。

但当场地受限时，就需要一种施工简易便捷、支护体量小的支护形式代替混凝土桩（墙）。

微型钢管桩支护体系应运而生，它的诞生与应用对于保障地下空间的安全稳定，加快施工进度有着非比寻常的意义。

微型钢管桩是指桩径不超过300mm，桩长与桩径比不小于30的钢管桩基，多用于建筑、桥梁以及输电线路设备基础的加固与改造工程中。

由于其施工快捷、作业面小，其适宜性和经济性比混凝土桩（墙）有很大优势。

本文以某工程为例，就微型钢管桩设计中的一些问题进行探讨。

一.工程概况某商业工程设计地下二层，占地面积275m×1145m，按地表算基坑深度9m，基坑四周均为市区二级道路，2倍基坑开挖深度范围内无暗埋管线（构筑物）等影响基坑开挖的障碍物。

拟建建筑物地下室外墙线距离用地红线6m，坡顶2m范围内卸载，地下室外墙线距离垂直支护面1m，坡顶距离用地红线仅3m。

由于工作面狭小，混凝土桩（墙）机械所需工作面大而无法实施，经计算分析后采用钢管微型桩结合预应力锚索支护体系。

微型钢管桩采用Φ127×5mm 无缝钢管，间距@700mm，锚索共设3道，长度分别为16m、12m、9m，第一、二、三排预应力锚索水平间距均为2.1m。

文章编号:1000-6869(2005)03-0114-04弹性地基梁杆系有限元法在深大基坑工程支护设计中的应用张强勇(山东大学岩土与结构工程研究中心,山东济南250061)摘要:由于弹性地基梁法能够反映支挡结构与土的相互作用,并可有效考虑基坑开挖、回填过程中各种基本因素和复杂情况对支护结构内力和变形的影响,本文根据Winkler 弹性地基梁的计算原理和方法,编制了弹性杆系有限元计算程序,对深圳市民广场深大基坑桩锚支护结构进行了设计计算,获得了支护桩桩身位移和弯矩随开挖过程的分布变化规律,计算结果有效指导和优化了基坑支护设计,保证了基坑和邻近基坑的地铁区间隧道结构的安全,支护设计取得了显著的经济效益。

关键词:弹性地基梁;杆系有限元;桩锚支护设计;内力和变形;显著的经济效益中图分类号:T U431 文献标识码:AApplication of bar system FE M for beam on elastic foundationin supporting design for a deep and large foundation pit engineeringZH ANG Qiangy ong(G eotechnical and Structural Engineering Research Centre ,Shandong University ,Jinan 250061,China )Abstract :The interaction between supporting structure of s oldier pile and s oil mass can be reflected by the principle of beam on elastic foundation ,and at the same time ,it can effectively take into consideration the influences of various factors and com plex situation during the course of excavation and backfill for foundation pit on internal force and deformation of s oldier pile.S o according to the com putation principle and method of Winkler beam on elastic foundation ,a com puting program of elastic bar system FE M has been programmed.The program has been applied to com pute the internal force and deformation of anchored s oldier piles in a deep and large foundation pit of Shenzhen People ′s Square.The variation law of displacement and bending m oment of supporting s oldier pile during excavation has been obtained.The com puted results have efficiently guided and optimized supporting design ,and have guaranteed safety for the deep foundation pit and Shenzhen metro structure which is close to the foundation pit.Thus remarkable economic results have been achieved.K eyw ords :beam on elastic foundation ;bar system FE M ;supporting design for anchored s oldier pile ;internal force and deformation ;remarkable economic results基金项目:国家自然科学基金资助项目(40272120)和山东省中青年科学家奖励基金资助项目(02BS120)。

关于深基坑外侧地下水位的讨论摘要在深基坑支护设计时，对基坑外侧地下水位通常按地质勘察报告中提供的地下水位选定，当基坑外侧地层透水性较好时，地下水位的选取至关重要。

结合深圳盐田区某基坑工程，建立数值模型，研究分析不同地下水位对基坑支护结构的影响。

研究结果表明：基坑外侧地层透水性较好时，地下水位上升对悬臂桩水平位移和弯矩的影响强度呈放量增长，越来越大，对悬臂桩剪力的影响强度呈缩量增长，趋于恒定；对桩锚支护结构水平位移和支护桩弯矩的影响强度呈放量增长，越来越大，且最大正弯矩随地下水位上升而减小；对第一道锚索的长度和轴力影响最大；基坑施工过程中应保持基坑外侧地下水位与设计状况相同。

关键词：基坑支护；地下水位；悬臂支护结构；桩锚支护结构；Abstract:In the design of deep foundation pit support, the groundwater level outside the foundation pit is usually selected according to the groundwater level provided in the geological survey report. When the stratum outside the foundation pit has good permeability, the selection of the groundwater level is bined with a foundation pit project in Yantian District, Shenzhen, a numerical model was established to study and analyze the influence of different groundwater levels on the support structure of the foundation pit.The research results show that: when the stratum outside the foundation pit has good permeability, the influence strength of the rising groundwater level on the horizontal displacement and bending moment of the cantilever pile increases in magnitude, and becomes larger and larger, and the influence strength on the shear force of the cantilever pile increases in shrinkage quantity.tends to be constant; the influence strength on the horizontal displacement of the pile-anchor supporting structure and the bending moment of the supporting pile increases in large quantities, and the maximum positive bending moment decreases with the rise of the groundwater level;The length and axial force have the greatest influence; during the construction of the foundation pit, the groundwater level outside the foundation pit should be kept the same as the design condition.Key words:foundation pit support; groundwater level; cantilever support structure; pile anchor support structure;Discussion on the groundwater level outside the deep foundationpitZhou yong(Shenzhen Geotechnical Engineering CO., LTD. , Shenzhen,518028)0引言在基坑工程中，地下水是普遍面临的一个问题，尤其是地下水丰富的区域，地下水导致的事故频频发生。