组合式支挡结构计算及对既有箱涵的影响分析

徐传堡; 周沛栋; 李卓勋; 张文雨; 李志云

doi:10.3969/j.issn.1007-2993.2021.04.006

组合式支挡结构计算及对既有箱涵的影响分析

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2021.04.006

徐传堡^{1, 2,},
周沛栋³,
李卓勋³,
张文雨³,
李志云^{1, 2}

1.
广东省水利水电科学研究院，广东广州 510635
2.
广东省岩土工程技术研究中心，广东广州 510635
3.
华南理工大学土木与交通学院，广东广州 510640

基金项目: 国家自然科学基金（51778152）；广东省省级科技计划项目（2019B020208003）；中国博士后科学基金（2019M662827）

详细信息

作者简介:
徐传堡，男，1992年生，福建宁德人，硕士，助理工程师，从事岩土工程设计计算及数值分析工作。E-mail：782892672@qq.com

中图分类号: TU 476+.4
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出版历程
- 收稿日期: 2020-06-18
- 刊出日期: 2021-08-25

Calculation of Combined Retaining Structure and Analysis of Its Impact on Existing Box Culverts

1.
Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower, Guangzhou 510635, Guangdong, China
2.
Guangdong Engineering Research Center of Geotechnique, Guangzhou 510635, Guangdong, China
3.
School of Civil Engineering and Transportation, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China

摘要

摘要: 重要供水工程中的既有箱涵对周边施工变形较为敏感，针对既有箱涵周边新建的桩基–挡墙组合式支挡结构，提出采用“整体刚架”及“支护开挖”两种计算模型对支挡结构自身的受力变形进行分析。结合具体工程，在确保支挡结构自身安全的前提下，通过建立整体数值模型，分析项目施工期及运营期全过程对既有供水箱涵的受力及变形影响，利用数值分析及现场实测结果验证前述计算模型，计算分析可为同类工程提供参考。
- 桩基–挡墙组合式支挡结构 /
- 供水箱涵 /
- 安全分析
Abstract: Existing box culverts in important water supply projects are more sensitive to the surrounding construction deformation. For the newly built combined retaining structure of pile and retaining wall around the existing box culverts, it is proposed to analyze the forces and deformation of the retaining structure itself by using "integral rigid frame model" and "support excavation model". Combined with specific projects, the safety analysis of the existing water supply box culvert in the entire process of the construction and operation of the project is conducted through a numerical model. Results verified by numerical analysis and field measurement can provide a reference for similar projects.
- combined retaining structure of pile and retaining wall /
- water supply box culvert /
- security analysis

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图 1 桩基–悬臂式挡墙组合式支挡结构（单位：mm）

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图 2 桩基–悬臂式挡墙组合式支挡结构施工现场图

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图 3 模型一：整体刚架模型

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图 4 刚度等效计算简图

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图 5 模型二：支护开挖模型

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图 6 分析节点位移及弯矩位置示意图

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图 7 模型一中弹性支座参数对底板内力及变形的影响

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图 8 既有供水箱涵与新建支挡结构的剖面位置关系（单位：mm）

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图 9 整体模型

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图 10 桩基–挡墙支挡结构模型

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图 11 各施工步下箱涵总变形

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图 12 各施工步下箱涵节点最大弯矩

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图 13 箱涵X(水平)、Z(竖向)位移图

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图 14 灌注桩位移及弯矩计算结果

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表 1 桩基–挡墙组合式支挡结构计算结果（模型一）

项目	计算值	原设计/规范限制	是否满足
最大弯矩/（kN·m）	−525.520
最大剪力/kN	402.995
计算上部纵筋面积/mm²	2919.6	2945	满足
验算最大裂缝宽度/mm	0.145	0.200	0.20～0.35
计算悬臂式挡墙墙顶挠度/mm	−20.272	30	满足
计算桩顶挠度/mm	−17.116

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表 2 桩基–挡墙组合式支挡结构计算结果（模型二）

计算断面	最大弯矩 /（kN·m）	最大剪力/kN	计算挠度/mm	计算基桩配筋/mm²	是否满足
挡墙顶 (模型桩顶)	0	0	−28.78
灌注桩顶 (距模型桩顶5.3 m)	165	99	−19.20	6220
灌注桩最大内力处	868.79	284.12	−1.07	6220	满足
供水箱涵地面 (模型开挖底)			−9.6

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表 3 单元属性及材料名称

项目	单元属性	材料名称
杂填土	实体单元(3D)	杂填土
粉质黏土	实体单元(3D)	粉质黏土
强风化凝灰岩	实体单元(3D)	强风化凝灰岩
中等风化凝灰岩	实体单元(3D)	中等风化凝灰岩
供水箱涵	板单元(2D)	C20混凝土
原挡墙	实体单元(3D)	浆砌石
新建挡墙	实体单元(3D)	C30混凝土
承台板	板单元(2D)	C30混凝土
灌注桩	植入式梁单元(1D)	C30混凝土
工程桩	植入式梁单元(1D)	C60混凝土

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表 4 材料参数表

Table 4. Material parameter

项目	重度 γ/(kN·m⁻³)	变形模量 E/MPa	黏聚力 c/kPa	内摩擦角 φ/(°)	本构
杂填土	18.5	25	10.0	7.0	摩尔–库伦
粉质黏土	18.5	30	28.0	14.0	摩尔–库伦
强风化凝灰岩	21.0	160	35.0	30.0	摩尔–库伦
中等风化凝灰岩	24.0	200	150.0	45.0	摩尔–库伦
C20混凝土	24.0	25500			弹性
浆砌石	23.0	10000	200.0	50.0	摩尔–库伦
C30混凝土	24.0	30000			弹性
C60混凝土	24.0	36000			弹性
旋喷桩	24.0	50			弹性

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表 5 各施工步代号及工序

施工步代号	工序
1	初始地应力平衡
2	灌注桩施工
3	挖除高于设计标高原毛石挡墙及灌注桩
4	施工混凝土挡墙
5	墙后回填土
6	项目运营期(道路超载)

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表 6 桩基–挡墙支挡结构不同计算方法结果对比

项目	模型一	模型二	数值模型	实测值
桩顶位移/mm	17.1	19.2	18.4	10.4
最大弯矩/(kN·m)	525.52	165.00	598.31

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参考文献(9)

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[3]	王俊杰,赵迪,杨恒. 单排桩基–承台–挡墙组合支挡结构设计计算方法[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版),2017,36(4):64-69.
[4]	郑俊杰,吕思祺,曹文昭,等. 高填方膨胀土作用下刚柔复合桩基挡墙结构数值模拟[J]. 岩土力学,2019,40(1):395-402.
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[6]	李广信. 土力学(第2版)[M]. 北京: 清华大学出版社, 2013.
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[8]	SL 191—2008 水工混凝土结构设计规范[S]. 北京: 中国水利水电出版社, 2008.
[9]	DBJ/T 15—20—2016 建筑基坑工程技术规程[S]. 广州: 中国城市出版社, 2017.