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基于等效截面法的TRD围护墙变形研究

TRD工法 2021年11月11日 项敏 96






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基于等效截面法的TRD围护墙变形研究

麻凤海



摘  要


摘要:为简化计算和分析围护墙的变形,以等厚度型钢混凝土搅拌墙为例,探索一种新的方法.该方法利用静力学中的力平衡原理,将TRD围护墙中的型钢以及混凝土这2种材料等效为1种规则截面的第3种材料.利用有限元软件建立不同墙厚、型钢间距及型钢规格下的4组模型,并对其进行对比分析后表明利用原始参数建立模型得到的结果与利用等效参数建立模型得到的结果相吻合.在进行TRD围护墙变形计算时,将该方法运用其中,可使计算更加简便.


关键词:等效截面法;TRD工法;变形;围护结构;围护墙变形;有限元分析




前  言

近年来,随着城市建设的迅猛发展,对地下空间的利用越来越充分,超大、超深的基坑已经广泛应用于各类建筑中,但是深基坑围护结构的施工难度也逐渐加大,随之一种新型的围护结构—等厚度型钢混凝土搅拌墙被逐渐运用于实际工程中.它是由H型钢和TRD工法构建的结构.TRD工法最早产生在日本,在我国于2008年开始陆续使用,近年来国内对TRD工法的研究主要集中在施工工艺、施工要点、质量控制、变形监测等方面.谭轲等指出可以采用TRD工法将链锯切削刀具插入地基,注入固化剂与原位土体混合,并持续横向掘削、搅拌,水平推进构筑成水泥土搅拌连续墙;李星等结合天津、南昌等项目的应用情况详细介绍了TRD工法的施工工艺、施工要点和质量控制措施;王卫东等利用有限元软件,分析了TRD工法的承载变形特性,并介绍了设计方法、施工关键技术和监测方法;朱宏伟利用随机有限元方法,分析了TRD工法中水泥强度对承载力的影响.本文利用等效截面法的基本原理,将型钢混凝土搅拌墙中的H型钢和混凝土等效为同一种假定的材料,以分析TRD工法中的变形问题,并利用有限元软件验证本方法的可行性.


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等效截面法


基于等效截面法的TRD围护墙变形研究

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模型验证


根据以上理论可以得出不同墙体厚度、不同型钢规格以及不同型钢间距下的等效截面以及等效弹性模量.为了验证其正确性,建立有限元模型,对利用原始参数得到的围护结构位移和利用等效参数得到的围护结构位移进行了对比.基坑断面如图3所示,其坑底标高为-10.000m,墙体底部标高为-20.000m,墙体厚度分别为800、850mm,开挖宽度为15.000m,在标高为-0.250、-5.750m处设有2道水平支撑,TRD围护墙体混凝土以及支撑混凝土强度等级都为C30.不同型钢间距、不同墙厚以及不同规格型钢下TRD围护墙体的等效截面及相当模量见表1,利用有限元软件建立的有限元模型如图4所示,模型中所用到的土体参数见表2.每组模型中都包含2种模型,其中1种是按照原始条件建立的,另外1种为按照结论得到的等效参数建立的.3组模型计算的结果对比如图5所示.从图中可以看出,2种建模方法得到的基坑水平向的变形形状一致,没有较大误差,表明结论可靠.

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结束语


建立了一种新的计算TRD围护墙体变形的方法,并利用有限元软件计算验证了其正确性.此方法改变了材料的弹性模量,不仅仅是单独地利用一种材料代替另一种材料,而是用第3种假设材料代替原有的2种原材料.研究得出的等效截面规则避免了传统方法中常涉及到的T型截面,从而计算时可以免去了相当繁琐的公式,同时还可以利用计算机语言来计算等效截面的尺寸以及相当模量,使复杂问题变得更加简单,可为TRD围护墙的变形计算提供参考.

来源:《徐州工程学院学报》

编辑整理:项 敏

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TRD工法


TRD工法(Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method),又称等厚度水泥土地下连续墙工法,其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中,然后作水平横向运动,同时由链条带动刀具作上下的回转运动,搅拌混合原土并灌入水泥浆,形成一定强度和厚度的墙。

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TRD工法通过水平横向运动成墙,可形成没有接口的等厚连续墙体,其止水防渗效果远远优于柱列式地下连续墙和柱列式搅拌桩加固,其主要特点是环境污染小、成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、防渗性能好、施工安全,与传统柱列式地下连续墙相比隔渗,经济性好。 


TRD工法适应粘性土、砂土、砂砾及砾石层等地层,在标贯击数达 50~60 击的密实砂层、无侧限抗压强度不大于5MPa的软岩中也具有良好的适用性。可广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域。


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