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    預應力混凝土板樁-冠梁協(xié)同支護作用機理

    2022-09-09 03:50:28黃建華李龍真
    福建工程學院學報 2022年4期
    關(guān)鍵詞:冠梁板樁錨桿

    黃建華,李龍真

    (1.福建工程學院 土木工程學院,福建 福州 350118;2.地下工程福建省高校重點實驗室,福建 福州 350118)

    板樁應用范圍較廣,隨著板樁碼頭、板樁圍堰、板樁護岸等支護類型的增多,板樁支護機理存在深入研究的必要性,以板樁碼頭為例,蔡正銀[1]等以深水板樁碼頭及其各類板樁結(jié)構(gòu)形式為研究對象,基于土壓力計算以及樁土內(nèi)力、變形問題開展數(shù)值模擬及土工離心模型試驗,為板樁碼頭新結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。對于預應力混凝土板樁這種新型支護結(jié)構(gòu),曾有一些學者針對其工作機理及工程應用展開研究,邵琪[2]等研究了連續(xù)降雨條件下預應力混凝土平板樁防滲墻的航道岸坡支護性能,研究表明,板樁位置和入土深度的合理布置可以有效延長滲徑。劉漢中[3]等首次將預應力混凝土U型板樁應用于灘涂促淤壩體結(jié)構(gòu),探討了板樁在波浪荷載下的動力響應問題,研究表明,新型板樁結(jié)構(gòu)具有良好的整體穩(wěn)定性和力學性能。戴俊[4]通過大沙河治理工程實例,分別對U形混凝土板樁護岸、灌注樁護岸、懸臂式擋墻護岸和生態(tài)磚護岸進行了分析對比,優(yōu)選出技術(shù)可靠、安全穩(wěn)定、經(jīng)濟合理的U形板樁護岸結(jié)構(gòu)。綜上所述,目前國內(nèi)外學者對預應力混凝土板樁在各類支護環(huán)境下的工程應用進行了一定研究,而對板樁在支撐、錨固條件下的協(xié)同作用機理研究較少。本文基于有錨板樁分析方法,針對湖岸支護環(huán)境下的預應力混凝土板樁-冠梁協(xié)同支護體系,應用有限元分析手段研究支護結(jié)構(gòu)的樁土協(xié)同作用機制,進一步基于樁頂錨固形式、板樁嵌固深度探究支護機理。

    1 板樁支護協(xié)同作用力學機理

    作用在板樁上的荷載一般包括自重力、側(cè)向土壓力、波浪力(圍堰工程)、樁頂承受冠梁的豎向壓力、錨桿拉力等,復雜的受力環(huán)境使得板樁承受雙向受彎和受剪作用。板樁屬于柔性支護結(jié)構(gòu),一般情況下板樁在樁頂錨固、水平支撐及土壓力的協(xié)同作用下,支護結(jié)構(gòu)的變形會引起土體應力擴散和內(nèi)力重分布,跨中較大的主動土壓力減小,樁頂及樁底的土壓力增大,樁身中部出現(xiàn)土壓力回縮區(qū)間,主動土壓力呈“R”形分布。有研究表明,板樁的剛度、錨定點位置及基坑施工順序等都會對主動土壓力“R”形分布產(chǎn)生影響[5]。在這種協(xié)同支護作用下,板樁主要有3種變形形式:

    (1)拱出式變形:當板樁入土深度較淺且樁頂錨固作用較弱時,板樁整體向坑內(nèi)移動,在樁頂錨固以及樁底土體嵌固作用下,樁身中部沒有受到約束故向坑內(nèi)拱出,此類變形一般出現(xiàn)在有錨板樁中;

    (2)嵌固式變形:在拱出式變形的基礎(chǔ)上,當板樁入土深度繼續(xù)增大,樁身在坑底附近出現(xiàn)反彎點,樁底出現(xiàn)無變形區(qū)間,板樁中部拱出現(xiàn)象更加明顯,此時板樁處于嵌固狀態(tài),支護性能較好;

    (3)踢腳式變形:當土體較為軟弱,樁頂錨固作用較大且入土深度較淺時[6],板樁上部在錨固作用下位移較小,而入土段位移顯著增大,樁底向坑內(nèi)翹起。

    2 板樁-冠梁協(xié)同作用分析模型

    2.1 工程概況

    擬建海峽青年交流營地人工湖湖岸板樁基坑支護工程,建筑場地位于福州市馬尾區(qū)瑯歧鎮(zhèn)瑯岐島西側(cè),閩江大橋北側(cè),西靠閩江,地勢平坦開闊,人工湖岸有海峽青年廣場和海峽青年會展中心等建筑。工程采用預應力混凝土板樁作為湖岸支護結(jié)構(gòu),以混凝土冠梁連接板樁及上部露天看臺,形成“板樁-冠梁”一體式支護體系。

    工程地質(zhì)剖面圖如圖1所示,人工湖基坑安全等級為二級,邊坡支護的設(shè)計使用年限為50 a,板樁支護體系在基坑開挖期間作為支護結(jié)構(gòu)共同受力,施工完成后作為永久性支護結(jié)構(gòu)。樁頂以上土層采用放坡開挖與噴錨結(jié)合的方式進行邊坡加固,湖內(nèi)穩(wěn)定水位約在冠梁以下0.1 m處,人工湖基坑深度約4 m,設(shè)計樁長約13 m,板樁總體處于淤泥層及泥質(zhì)中砂層。

    圖1 工程地質(zhì)剖面圖(單位:m)

    2.2 單元劃分與屬性定義

    采用Midas GTS NX通用巖土有限元軟件進行模擬分析,模擬范圍為人工湖部分邊坡及基坑區(qū)域,如圖2(a),整體模型沿邊界至板樁方向采用線性梯度控制單元尺寸,以漸進加密的方式保證板樁墻以及板樁周圍土體具有較高的網(wǎng)格密度,提高分析精確度,經(jīng)過多次有限元試算,全局單元尺寸為0.8~1.2 m時,有限元計算結(jié)果與實測比較符合,同時計算效率較高??紤]擴大模擬范圍驗證邊界效應的影響,確定整體模型尺寸為50 m×20 m×30 m,板樁墻高13 m,墻厚約0.6 m,冠梁截面寬度1 m,高度0.6 m。

    圖2 有限元模型示意圖(單位:m)

    土體及支護結(jié)構(gòu)主要物理力學指標見表1,模型中土體及混凝土板樁采用三維實體單元,噴射混凝土采用板單元,錨桿及預應力鋼絞線采用植入式桁架單元。土體采用摩爾庫倫本構(gòu),預應力板樁、混凝土冠梁、噴射混凝土、預應力錨桿采用彈性本構(gòu)模擬。由于實體單元無法讀取內(nèi)力值,故在板樁表面設(shè)置測量板單元。

    表1 土體及支護結(jié)構(gòu)主要物理力學指標

    2.3 荷載及邊界條件設(shè)置

    板樁置于層狀土中,樁頂承受冠梁及上部結(jié)構(gòu)豎向荷載15 kPa,樁身預應力鋼絞線的有效預壓應力為9.33 MPa,臨水一側(cè)以水位邊界自動施加水壓力,如圖2(b)。整體模型以豎直向上為Z方向,在-Z方向施加重力,模型上表面為自由面,約束底部及4個側(cè)面的法向位移。

    2.4 樁土接觸界面單元設(shè)置

    冠梁與湖岸設(shè)置剛性連接約束,使冠梁自由度從屬于湖岸。在樁前基坑開挖側(cè)和樁后土體兩側(cè)生成三維界面單元,自動分離連接的節(jié)點,由于初始場地未激活界面單元,為防止分析錯誤,在分離節(jié)點中建立剛性連接單元,在初始場地中排除板樁的影響。

    2.5 施工階段設(shè)置

    數(shù)值模擬的求解類型選取“施工階段”,即各施工工況考慮上一個工況的作用影響,為得到邊坡安全穩(wěn)定系數(shù),各施工階段進行邊坡穩(wěn)定SRM(強度折減法)分析,共分為4個施工階段:

    (1)初始應力場:無支護結(jié)構(gòu),勾選位移清零,激活剛性連接單元;

    (2)板樁施工階段:激活界面單元、有效預壓應力及上部荷載,鈍化剛性連接單元;

    (3)人工湖基坑開挖階段:采用噴射混凝土進行基床加固;

    (4)注水使用階段:人工湖底部以及板樁未入土段的迎水面施加水壓力。

    3 板樁-冠梁協(xié)同支護作用機理

    板樁施工及基坑豎向卸荷會引起土體擾動,根據(jù)地層補償原理,樁后土體隨基坑開挖向坑內(nèi)移動,另一方面,隨施工過程板樁前后的土壓力呈現(xiàn)動態(tài)變化[7],支護結(jié)構(gòu)的水平位移隨樁后土壓力的增大而增大,故板樁與土體之間的變形和內(nèi)力是緊密聯(lián)系的,得到樁土協(xié)同變化規(guī)律是研究板樁支護機理的關(guān)鍵。

    3.1 地表沉降及坑底隆起變化規(guī)律

    如圖3所示,工程基坑隆起可分為彈性隆起和塑性隆起兩個階段。

    圖3 基坑隆起分布規(guī)律

    (1)彈性隆起:板樁施工引起坑內(nèi)外土體擾動,由于側(cè)向支護結(jié)構(gòu)的限制,坑外土體向坑內(nèi)移動較緩慢,坑底的彈性回彈是造成隆起的主要原因。由于中部承壓水主要存在于泥質(zhì)中砂層,板樁整體處于泥質(zhì)中砂層和淤泥層中,此時開挖深度不大,坑底土體為不透水的粉質(zhì)黏土,由于受到下方承壓水向上的壓力而產(chǎn)生隆起,坑底隆起量呈現(xiàn)兩端小中間大的彈性隆起變化規(guī)律,靠近基底中心線的最大隆起量為7.4 mm,基坑兩側(cè)隆起量約為2 mm;

    (2)塑性隆起:隨基坑開挖的進行坑內(nèi)外高差不斷增加,支護結(jié)構(gòu)的較大變形使坑內(nèi)外土體壓力差迅速增大,樁后土體在不平衡力的作用下向基坑內(nèi)部移動,隨著開挖深度增加,土體的松馳與蠕變加大了坑底隆起,坑底土層從透水性差的粉質(zhì)黏土過渡到淤泥軟弱土層中,土體伴隨有效應力的增加發(fā)生膨脹,孔隙水進一步促進坑底土體軟化,彈性隆起狀態(tài)被破壞,轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的塑性隆起,整體隆起量穩(wěn)定在10 mm左右。在人工湖注水使用階段,豎向水壓力作為有利荷載,一方面限制板樁的橫向位移,另一方面平衡坑底向上的土壓力,對坑底隆起起到一定程度的限制作用。

    3個施工階段湖岸地表沉降如圖4所示,隨著基坑開挖的進行,地表由近至遠位置處的沉降量先急劇增大,到達3倍基坑深度距離后逐漸減緩并趨于不變,具體呈現(xiàn)以下變化規(guī)律:

    圖4 坑后地表沉降變化規(guī)律

    (1)板樁施工階段:樁后相鄰土體地表沉降量較小,約為1.3 mm;最大沉降量為20.5 mm,約為基坑開挖深度的0.51%,出現(xiàn)在樁后12 m區(qū)域附近,此區(qū)域處于湖岸斜坡范圍,受到地表超載作用,由于沉樁過程,造成土體原始應力狀態(tài)受到破壞,且此處是雜填土和粉質(zhì)黏土層向淤泥過渡的土層,故土體的擾動效應更加明顯,沉降量迅速增加。地表沉降值在12 m以外的區(qū)域逐漸減少,并在相距35 m之后趨于穩(wěn)定,地表沉降曲線整體呈現(xiàn)“V”形;

    (3)人工湖注水使用階段:由曲線可見,地表沉降基本保持不變,表明預應力混凝土板樁對水下支護環(huán)境較為適應,湖水一方面為板樁臨水側(cè)提供水壓力,平衡樁后主動土壓力,另一方面作為豎向荷載作用在基坑表面,減弱基坑的進一步隆起。

    3.2 支護結(jié)構(gòu)橫向變形變化規(guī)律

    各施工階段下板樁最大橫向位移及實測曲線如圖5所示,冠梁頂部施加的剛性連接與實際的約束狀態(tài)有偏差,各施工階段模擬值均略小于實測值,但兩條曲線的數(shù)值及變化趨勢相近,可以認為數(shù)值模擬較為準確。

    圖5 板樁橫向位移變化規(guī)律

    階段1(板樁施工):此時基坑還未開挖,由于樁頂冠梁及樁底土體嵌固作用,最大位移區(qū)間出現(xiàn)在板樁中部埋深4~8 m處,模擬及實測的最大水平位移分別為4.9、5.5 mm,在深度范圍內(nèi),板樁橫向位移曲線呈現(xiàn)增大區(qū)間與減小區(qū)間平分的形式,且呈現(xiàn)樁頂、樁底位移較小,樁身中部位移較大的“鼓出”狀;

    階段2(基坑開挖):板樁受到樁后土壓力作用呈現(xiàn)懸臂式受力形態(tài),樁頂水平位移增大到6.2 mm,最大位移區(qū)間豎向上移至2~5 m處,樁底最小位移4.1 mm,板樁水平位移在基坑底部位置達到最大值9.5 mm,較板樁施工階段增加近一倍。此階段板樁中部“鼓出”狀更加明顯,且位移減小部分樁長是增加部分的兩倍,表明板樁在基坑開挖中雖然產(chǎn)生一定位移,但樁底三分之二范圍內(nèi)能夠進入位移遞減區(qū)間,并逐漸趨于嵌固,樁底范圍內(nèi)位移變化較??;

    階段3(人工湖注水使用):整體位移曲線與基坑開挖階段的變化趨勢相近,靜水壓力作用相當于被動土壓力施加在板樁臨水面,使得樁身最大位移均減小,最大位移區(qū)間稍上移,表明板樁在水下支護環(huán)境中可以維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

    3.3 土壓力及支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化規(guī)律

    預應力混凝土板樁雖沒有受到樁頂錨固作用,但冠梁將板樁與上部觀景平臺結(jié)構(gòu)連接,整體結(jié)構(gòu)在樁頂具有一定的錨固能力,起到限制水平位移的作用,樁側(cè)主動土壓力沿豎向呈現(xiàn)先增大后減小再二次增大的趨勢,整體呈“R”形分布,與有錨板樁相似。

    如圖6所示,隨著基坑開挖,板樁彎矩由123 kN·m增大到129 kN·m,且最大彎矩區(qū)間由樁底上升至坑底位置,由于樁底尚有一定位移,樁身彎矩都不為零,故板樁還未處于完全嵌固狀態(tài)。板樁最大剪力由181 kN增大到202 kN,且剪力呈現(xiàn)樁頂和樁底較大、中部較小的趨勢,這是由于人工湖基坑開挖深度相對較淺,土體對樁身中部的剪切作用不明顯。從3個施工階段來看,支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力由板樁施工階段到基坑開挖階段增大明顯,而過渡到注水使用階段變化微弱,表明人工湖基坑開挖、土體卸荷對地層擾動作用較大,而湖水的作用對于基坑相當于土的回填,對于板樁相當于提供橫向支撐,有利于整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

    中國電信、中國聯(lián)通、中國移動等運營商的國際出口,基本設(shè)置在北京、上海、廣州,其他城市均沒有設(shè)置國際出口,采集如下圖:

    圖6 板樁內(nèi)力分布規(guī)律

    3.4 樁頂冠梁錨固作用機理

    板樁碼頭中的錨碇系統(tǒng)、土釘墻中的土層錨固技術(shù)以及預應力混凝土板樁-冠梁結(jié)構(gòu),都可以起到約束樁頂變形的作用。由于本工程湖岸建筑群的存在難以實施錨錠結(jié)構(gòu),而土層錨桿技術(shù)[8]以預應力錨桿對樁頂提供錨拉作用,在施工過程中錨桿的角度和位置可以根據(jù)實際情況進行靈活調(diào)整,故選取土層錨固式板樁與板樁-冠梁支護結(jié)構(gòu)進行對比分析。

    以原始模型為基準,除錨固形式外不改變?nèi)魏螀?shù),設(shè)置以下3個對照模型:

    (1)不設(shè)置任何錨固形式,模擬懸臂式板樁;

    (2)板樁-冠梁協(xié)同支護結(jié)構(gòu);

    (3)土層錨固式板樁支護結(jié)構(gòu)。

    根據(jù)《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECS 22-2005)[9],錨桿水平方向間距為2 m,豎向間距為1.5 m,共設(shè)置兩層錨桿,錨桿與水平方向的傾斜角度25°,錨桿自由段長5 m,錨固段長6 m,錨桿總長11 m,使用兩根直徑為15.2 mm的預應力鋼絞線,施加預拉應力300 kN,采用錨建模助手以1D植入式桁架將錨桿自由段連接在樁頂位置,錨固段位于樁后粉質(zhì)黏土層中。

    板樁應力云圖如圖7所示,板樁-冠梁協(xié)同支護結(jié)構(gòu)與土層錨固式板樁在樁頂位置都出現(xiàn)拉應力集中現(xiàn)象,其中冠梁與樁頂交接處的全長范圍內(nèi)拉應力較大,最大拉應力1.13 MPa,受到土壓力影響,壓應力逐漸占據(jù)板樁平面,在坑底位置最大壓應力約0.72 MPa。土層錨固式板樁在樁身四分之一范圍內(nèi)以拉應力為主,最大拉應力分布在錨桿自由段錨頭與樁頂?shù)慕佑|點周圍,最大拉應力2.0 MPa,壓應力分布與板樁-冠梁協(xié)同支護結(jié)構(gòu)相似,在坑底位置最大壓應力約0.54 MPa。預應力錨桿軸力分布呈現(xiàn)板樁兩端向中央遞增、自由端向錨固段遞減、第一層錨桿軸力大于第二層的變化趨勢,錨桿最大軸力223.1 kN,出現(xiàn)在第一層中部錨桿的自由端錨頭,最小軸力49.2 kN,出現(xiàn)在第二層兩側(cè)錨桿的錨固段尾部。

    圖7 板樁應力云圖

    3種板樁模型的橫向變形如圖8所示(Tx為板樁橫向位移),無錨板樁呈現(xiàn)懸臂式受力變形,橫向位移沿豎向遞減,樁頂最大位移17.7 mm,樁底發(fā)生較小位移2.8 mm;土層錨固式板樁受到錨桿拉力和樁底嵌固的共同作用,樁頂水平向左位移2.3 mm,結(jié)構(gòu)最大位移區(qū)間位于板樁中部位置,最大位移約為13.2 mm,較無錨板樁減小了26.3%;板樁-冠梁協(xié)同支護結(jié)構(gòu)的變形介于前兩種模型之間,由于冠梁可以提供一定的嵌固作用且增強板樁墻的整體性,同時沒有錨桿的錨拉作用,故樁頂不會向后翹起,也不會發(fā)生懸臂式板樁的較大變形,最大位移區(qū)間與土層錨固式板樁相近,最大位移量為9.3 mm,較無錨板樁減小了47.5%,較土層錨固式板樁減小了29.5%。

    圖8 板樁橫向變形云圖

    由以上分析可知,錨桿和冠梁對板樁的橫向位移都起到了一定的約束作用,板樁-冠梁協(xié)同支護結(jié)構(gòu)的整體位移小于土層錨固式板樁和無錨板樁,在約束基坑變形上起到更好的作用。

    3.5 樁底嵌固作用變化規(guī)律

    上述3種模型在樁底都出現(xiàn)了較小的水平位移,即板樁還未達到穩(wěn)定狀態(tài)。實際上通過改變板樁的錨固形式實現(xiàn)樁底嵌固較為困難,支護結(jié)構(gòu)嵌固作用的主要影響因素是基坑開挖深度以及板樁嵌固深度,實際工程中基坑的開挖深度是一定的,嵌固深度對于支護結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性和工程造價影響較大。

    為研究板樁嵌固作用的發(fā)展過程,進行以下對照分析:基坑開挖深度h=4 m已確定,設(shè)置樁長l為變量,在原始場地及其他因素不變的情況下,研究板樁嵌固深度對支護效果的影響,選取嵌固深度ld為7、9(原始深度)、11、13、15、17、19 m共7組對照模型,其嵌固深度比a(ld/l)分別為0.64、0.69、0.73、0.76、0.79、0.81、0.83,通過對比各組方案的橫向位移曲線(圖9)得出:

    (1)a為0.64、0.69、0.73和0.76的4條曲線的水平位移變化趨勢基本相同,最大位移值從10減小至7.5 mm。板樁最大、最小位移點連線如圖9中箭頭所示,隨嵌固深度增大,最大位移點逐漸上移,最小位移點逐漸下移,深度6 m時橫向位移明顯減小,嵌固深度比為0.76時,樁底有少量位移1.6 mm;

    圖9 板樁橫向位移變化規(guī)律

    (2)a為0.79、0.81、0.83三段曲線近乎重合,當a達到0.79(l=19 m)時,板樁在18.5 m深度處已經(jīng)沒有位移,表明進入嵌固狀態(tài),其嵌固樁長0.5 m;當樁長繼續(xù)增加至21、23 m,樁整體水平位移幾乎不變,這兩種情況下,板樁在19、17.6 m處提前進入嵌固狀態(tài),其嵌固樁長增加至2、5.4 m。以上分析表明,板樁的嵌固深度從0.79時開始增加,并且增長幅度較大,板樁的嵌固區(qū)間占比逐漸增加,預計若繼續(xù)增加樁長,樁體水平位移應無明顯變化,嵌固深度會進一步增加,由于a=0.79時板樁已經(jīng)處于嵌固狀態(tài),故繼續(xù)增加樁長對工程安全及經(jīng)濟效益已無意義。

    結(jié)合a為0.64、0.79、0.83工況下的板樁彎矩圖(圖10),可得到板樁嵌固過程的3個階段。

    圖10 板樁彎矩變化規(guī)律

    (1)a=0.64 基坑開挖前,支護結(jié)構(gòu)在基坑內(nèi)外兩側(cè)均受靜止土壓力作用,伴隨坑內(nèi)土體卸載,支護結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)側(cè)發(fā)生變形,當基坑深度較淺且入土深度較小時,板樁受力以墻后主動土壓力為主,墻前被動土壓力沿豎向增大,在樁底平面達到最大值,此時板樁只有一個方向的彎矩,未出現(xiàn)反彎點,即未完全嵌固,樁底既有轉(zhuǎn)角也有位移,樁身中部范圍內(nèi)彎矩明顯減小,表明伴隨后續(xù)被動土壓力的增加,此區(qū)間出現(xiàn)反向彎矩的趨勢;

    (2)a=0.79 當板樁入土深度逐漸增加,樁前被動土壓力將呈現(xiàn)先增后減的拋物線形態(tài),樁底平面的被動土壓力逐漸趨于零并向墻后發(fā)展,當墻前土壓力進入被動土壓力極限狀態(tài),板樁入土部分出現(xiàn)反向彎矩,樁身某一位置出現(xiàn)第一個反彎點,此時板樁嵌固于地基中;

    (3)a=0.83 當樁長繼續(xù)增加,第二個反彎點相繼出現(xiàn),板樁底部有向后翹的趨勢,墻后被動土壓力逐漸增大,樁底的固端彎矩將逐漸大于跨中彎矩,樁身穩(wěn)定性出現(xiàn)富余。此后板樁嵌固深度繼續(xù)加大,土壓力維持在被動土壓力極限狀態(tài)而不再變化,這對減小跨中彎矩、增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性已沒有意義。

    由于原始入土深度比為0.69,考慮安全性和經(jīng)濟性指標,得到本工程板樁最佳入土深度比的區(qū)間為0.69~0.79,當a=0.69時,板樁雖沒有處于嵌固狀態(tài),但支護結(jié)構(gòu)各項內(nèi)力、變形指標都滿足要求,若進一步考慮永久性支護結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性能,可以適當增加入土深度使板樁進入嵌固狀態(tài)。另一方面,經(jīng)SRM法分析得到,人工湖邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)Fs隨板樁嵌固深度的增大而增大,當達到一定的嵌固深度時,F(xiàn)s也趨于不變[10],故將a控制在0.79以內(nèi)最為經(jīng)濟。

    4 結(jié)論

    1)基坑隆起由彈性隆起轉(zhuǎn)化為塑性隆起,樁后地表由近至遠的沉降量先急劇增大,到達3倍基坑深度距離后逐漸減緩并趨于不變,地表沉降曲線整體呈現(xiàn)“V”型,符合剪切滑移面的土體滑動規(guī)律;

    2)支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力由板樁施工階段到基坑開挖階段增大明顯,過渡到注水使用階段變化微弱,表明基坑開挖、土體卸荷對地層擾動作用較大,而板樁-冠梁協(xié)同支護結(jié)構(gòu)可以在水下環(huán)境保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并充分發(fā)揮邊坡支擋作用;

    3)板樁-冠梁協(xié)同支護結(jié)構(gòu)的變形介于無錨及有錨板樁之間,橫向位移呈現(xiàn)中部“鼓出”狀,且隨基坑開挖更加明顯,主動土壓力呈現(xiàn)“R”形分布,與有錨板樁相似;

    4)冠梁和嵌固深度是板樁協(xié)同作用機制的重要影響因素,冠梁對樁頂起到錨固作用,板樁最佳嵌固深度比為0.69~0.79,當a=0.79時,樁底出現(xiàn)無變形區(qū)間,此時工程經(jīng)濟性及安全性最佳。

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