土木工程岩土类毕业设计外文翻译

学号： 10447425

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毕业设计（论文）外文翻译

（2014届）

外文题目 Developments in excavation bracing systems 译文题目开挖工程支撑体系的发展

外文出处 Tunnelling and Underground Space Technology 31 (2012) 107–116 学生 XXX

学院 XXXX 专业班级 XXXXX

校内指导教师 XXX 专业技术职务 XXXXX

校外指导老师专业技术职务

二○一三年十二月

开挖工程支撑体系的发展

1.引言

几乎所有土木工程建设项目（如建筑物，道路，隧道，桥梁，污水处理厂，管道，下水道）都涉及泥土挖掘的一些工程量。往往由于由相邻的结构，特性线，或使用权空间的限制，必须要一个土地固定系统，以允许土壤被挖掘到所需的深度。历史上，许多挖掘支撑系统已经开发出来。其中，现在比较常见的几种方法是：板桩，钻孔桩墙，泥浆墙。

土地固定系统的选择是由技术性能要求和施工可行性（例如手段，方法）决定的，包括执行的可靠性，而成本考虑了这些之后，其他问题也得到解决。通常环境后果（用于处理废泥浆和钻井液如监管要求）也非常被关注（邱阳、1998）。

土地固定系统通常是建设项目的较大的一个组成部分。如果不能按时完成项目，将极大地影响总成本。通常首先建造支撑，在许多情况下，临时支撑系统是用于支持在挖掘以允许进行不断施工，直到永久系统被构造。临时系统可以被去除或留在原处。

打桩时，因撞击或振动它们可能会被赶入到位。在一般情况下，振动是最昂贵的方法，但只适合于松散颗粒材料，土壤中具有较高电阻（例如，通过鹅卵石）的不能使用。采用打入桩系统通常是中间的成本和适合于软沉积物（包括粘性和非粘性），只要该矿床是免费的鹅卵石或更大的岩石。

通常，垂直元素（例如桩）的前安装挖掘工程和水平元件（如内部支撑或绑回）被安装为挖掘工程的进行下去，从而限制了跨距长度，以便减少在垂直开发弯矩元素。在填充情况下，桩可先设置，从在斜坡的底部其嵌入悬挑起来，安装作为填充进步水平元素（如搭背或土钉）。如果滞后是用来保持垂直元素之间的土壤中，它被安装为挖掘工程的进行下去，或之前以填补位置。

吉尔- 马丁等人（2010）提供了一个数值计算程序，以获取圆形桩承受轴向载荷和统一标志（如悬臂桩）的单轴弯矩的最佳纵筋。他们开发的两种优化流程：用一个或两个直径为纵向钢筋。优化增强模式允许大量减少的设计要求钢筋的用量，这些减少纵向钢筋可达到50％相对传统的，均匀分布的加固方案。

加固桩集中纵向钢筋最佳的位置在受拉区。除了节约钢筋，所述非对称加强钢筋图案提高抗弯刚度，通过增加转动惯量的转化部分的时刻。这种增加的刚性可能会在一段时间内增加的变形与蠕变相关的费用。评估相对于传统的非对称加强桩的优点，对称，钢筋桩被服务的条件下全面测试来完成的，这种试验是为了验证结构的可行性和取得的变形的原位测量。

基于现场试验中，用于优化的加强图案的优点浇铸钻出孔（CIDH）在巴塞罗那的几个非对称加强桩的施工过程中观察到混凝土桩沿与测得的变形的结果在常规和描述优化桩。实验证据表明，非对称地增强桩变形比观察到在常规增强那些小。两桩类型（对称和非对称）具有相同的直径，并设计为抵抗基于极限强度设计相同的弯曲力矩;离散杆的尺寸和使用的条全数字的，导致类似的名义抗弯强度。

改进后CIDH桩可以在传统的分离，切，或割线桩墙系统，其中相邻CIDH桩组成的屏障，以挖掘工程，例如在建筑挡土墙构造之前，剪切和覆盖，以及地下切割使用，包括建设公路，铁路或管道。是在特性和改善地球保持系统的适用性与传统系统今天是在共同使用，对于现场应用，施工性，结构性因素和成本的比较。最后，新的增强配置描述情况，其中中间的限制，如回接或内部支撑，在强制的弯矩符号的变化，与目前剩余的单轴。

图1.（a）明挖施工（b）建筑物挡土壁

2．常见的挖掘工程支撑系统，描述和应用

本节介绍了一些现代化的挖掘工程支护系统中使用的材料和程序，并将它们与有关的典型领域的应用，结构上的考虑，而建设成本进行比较。讨论了该系统包括钢板桩，战士梁和滞后，泥浆墙，钻孔桩墙，最后两个系统在剪切和覆盖建筑常用。最大的实际深度的剪切和覆盖工程（图1）是10至12米，但深度可达30米已经实现。

在选择挖掘工程支撑系统需要考虑的重要参数是土壤，颗粒大小，凝聚力的密度，含水表的位置（如果有的话），内摩擦角（对于不排水及排水条件），相邻设施和财产的存在边界，深度挖掘，耐久性要求，以及是否盖需要为明挖系统。

图2.不同材质的钢板桩

2.1钢板桩

板桩墙是通过驱动或振动预制节到地面构造。虽然可用于打桩的部分（图2）的各种材料，例如木材，钢材，预制混凝土，但钢板桩是最常见的。该系统通常是最实用的临时挖掘工程，如果钢板桩在使用后可除去支撑，并且很昂贵，如果钢板桩不能恢复。这个支撑系统是比较容易安装在砂质和粘质土壤，不管地下水位的深度。安装在含卵石和较大尺寸的岩石土壤可能是非常困难的或者是不可能的。钢板桩墙是童话灵活的横向，使挖掘工程的只有小高峰无需锚的支持，如果相邻的区域必须得到保护，免受结算（的MacNab，2002;鲍尔斯，1995）。

钢板桩由冲击或振动锤打入地下。随后的板桩部分由在每个桩条的两侧连接的关节连接到现有的板桩壁。一旦建成，板桩壁形成了一个不渗透的屏障。挖掘的最大深度H，可经济地使用这种类型的夹持系统通常介于5和10 m发生很大变化的支持。钢板桩的埋设，挖掘下，提供抗侧向力，并从留存土壤产生的倾覆力矩。为钢板桩在粒状土，碱的埋置通常0.75小时及2小时之间变化，这取决于土壤的贯入阻力。2小时的扩展要求在具有N极松散物料上面50.10和4和0.75 H代表N（标贯击数）之间（使用标准贯入试验，标贯击数确定）

对于更深的挖掘，可能需要锚来稳定土壁。当与多个级别的牵索的锚固板桩壁时，开挖低于最小埋置通常为1.5-2.0米。锚定器通常用于挖掘大于10μm，且通常在大约相同的高度安装在长的行，并在使用时，通常是隔开2?4μm的垂直和1.5?5μm的水平。

当不再需要该钢板桩，可以提取，通常用作临时保持结构。如果使用锚定件时，它们从板桩断开，并留在原地。不需要用于临时服务（通常为24个月或更小）的长期保护免受腐蚀的锚。潜在的障碍使用该系统包括难以获取，安装下面相邻的财产，对邻近结构和土壤振动的效果回接许可，并在下面的公用事业级的存在。

2.2．保卫桩和滞后性

保卫桩和滞后可用于临时或永久建筑（图3）;往往这个系统是为地球保留（的MacNab，2002;鲍尔斯，1995）最经济的选择。这个保卫桩（垂直支撑构件，有时也

被称为''保卫梁''）通常由型钢和从表面在1.5-3.0周一中心间距安装。落伍者包括已安装在保卫桩之间的横梁，轴承的型钢的翼缘水平构件（通常为木材板）的。因此，在滞后成员的水平土压力轴承被转移到保卫桩。该系统通常用在地下水位是建议挖掘工程下方或可以在经济上支取脱水。

这个系统被广泛应用在具有足够的内聚力，以中和挖掘工程后立即保持其稳定的土壤。该桩驱动或无聊之前，在挖掘工程之前确定，以避免地面以下实用程序的位置。挖掘和滞后的安装是分阶段使不超过约:0.80-1 .30米挖掘工程的是不支持在任何时间。

浅层挖掘（小于约5米的深度）可以使用悬臂式钢保卫桩桩结合木材滞后板安装为挖掘工程进展予以支持。保卫桩可驱动与传统的打桩设备，虽然这可能是嘈杂和振动会

干扰附近的土壤和结构。另外，保卫桩桩可以

通过降低一成一堆以前在无聊地为保卫桩桩

全长孔安装，具体可以被放置到锚桩的部分，

将延长低于出土的水平。

更深的挖掘（大于约5微米）一般要求

保卫桩桩被支撑在其高度，以防止过度的水平

运动和构件后面的土壤相应的结算。该支撑可

能会利用对角线（耙）括号来完成。提供畅通

无阻的挖掘，内部（耙）括号可以通过回接锚

所取代。回接的多层次允许进行更深入的挖

掘。

图3.士兵桩和滞后

2.3．泥浆墙

泥浆墙在低于地下水位挖掘软土的领域非常有用。泥浆壁涉及窄沟槽式发掘，约600 - 900毫米的厚度，即延长挖掘工程类似如下的挖掘工程以上的高度的距离。的钢筋混凝土墙由首先将膨润土，水和适当的添加剂的混合物（称为''''浆液）进入沟槽，因为它是挖掘形成。将浆料泵中，用于保持所述沟槽稳定的，也就是说，防止塌落或崩落（参见图4）。墙壁是构建在6-9米段在稳定土壤，或许在不稳定的土壤为2米至防止崩落或下滑。

此前混凝土浇筑，制作钢筋笼放置在挖掘，泥浆填充沟里面。具体是由下向上灌入，取代的膨润土泥浆，其被泵出并循环使用。管理浆量，混凝土浇筑中可能发生的段。可替代的（主）链段可首先构建，随后剩余的（次要的）段;段延伸的壁的整个深度。分开的各个凝固阶段，暂时隔离接头必须被使用。

泥浆墙通常是留在原处，并作为永久性地下结构体系的组成部分。然而，泥浆墙的施工要求相对较重的设备与钢板桩或钻孔桩墙系统相比。与浆料的使用和回收相关的成本保护环境可能使系统的吸引力。成本比以前所讨论的，这主要是由于一个现场膨润土

厂成本的其他系统为高。

图4.典型的连续墙施工程序（a）直线沟槽开挖（b）

膨润土泥浆的位置（c）放置笼到沟槽（d）混

凝土和泥浆的回收安置（e）开挖和安装搭背

2.4．钻孔桩墙

钻孔桩墙使浇注钻孔的孔（CIDH）序列的使用混凝土桩在相对深基坑的应用程序（图5）。此开挖支护方法一般用于当驾驶兵桩或钢板桩是困难的，因为现有的岩石土壤，这里使用的相邻地下空间回接锚不因现有结构（如墙基，隧道，污水管）允许或者没有法律权限由相应的业主，或永久性开挖支撑系统是需要的。该系统的其他重要优势包括对齐的更大的灵活性，并支持一个覆盖在城市明挖施工的潜力。（的MacNab，2002;鲍尔斯，1995）。

对于这种开挖支护方法，旋转钻孔桩技术通常采用。这种技术允许最大直径桩，并通过特别致密坚硬岩层允许桩施工。在某些情况下，钻井流体（如膨润土或聚合物悬浮液）或套管可能需要维持稳定的轴。旋转螺旋钻桩可在直径从350至2400毫米（或更大）;共同直径是350 ?1500毫米。桩超过50米的长度就可以实现。钢筋笼可能需要搭接拼接事先安置在镗孔桩的地方长度超过钢筋，可用长度。钻孔可使用连续飞行螺旋推运器，它带有土壤的表面，当螺旋推运器旋转，并允许该孔被钻出，同时套管，而不需要钻孔流体来完成。钻孔可以在没有套管进行，在这种情况下，膨润土（或聚合物）的浆液可能需要维持稳定的轴。一旦钻孔完成后，将浆料通过用混凝土填充所述轴移动;浆料被回收并在随后的通孔重复使用。

还有目前使用三种不同的钻孔桩墙选项：分隔桩，咬合桩和桩相切（图5）。分居桩可用于加固不稳定或积极滑动在没有必要的防渗脸粘性土存款或发掘，而割线和切线桩墙，可用于粘性或粒状土挖掘。

割线桩墙适合于城市环境与密集的发展。割线桩墙使用测序建设，打造环环相扣钢

筋混凝土桩建成。该系统提供了一个连续的混凝土面板具有优良的水密性。当割线桩墙作为永久基础墙的高层建筑，上面与下面的桩建设列的排列必须考虑和提供这个接口来传递力的细节，因为它是在案件浆墙壁。

行业标准公差是±3英寸（±75毫米）为中心的在桩的顶部的位置和0.5％（1200），从垂直偏差。然而，使用模板可以定期获得±1中心位置英寸（±25毫米），采用功能强大的设备（如鲍尔BG40钻机）可以达到0.2-0.3％垂直度在100英尺（30米）的孔深度。实际井眼定位和倾斜度可以使用各种技术（如倾斜仪和声纳技术）进行验证。

图5.（a）正割墙施工（b）放置笼到沟槽

切线桩墙系统是类似的割线桩墙系统在所有方面只是将桩被设计成触摸，而不是彼此相交。因为这是没有必要钻透先前放置的桩，施工时间缩短。然而，均匀的混凝土面不产生用此方法。这种类型的墙不能作为防水层，但有效的保持土壤。如果地下水位是挖掘的基础上，规定将用于脱水或排水。

当后要支持的挖土是一致的并没有必要从施工现场的独立（不接触）CIDH混凝土桩，单行限制地下水都可以使用。该系统使地下水进入现场的出土部分，从而防止积聚在墙后水压力。以允许相邻的桩，从而避免了使用主桩或滞后之间的土壤拱起，相邻的桩之间的中心到中心的间距一般不应超过桩直径约2倍。结构钢的形状可以被用作一个替代CIDH混凝土桩。由于桩间土的空白被开挖过程中暴露出来，这个选项适用于公司，以僵硬的粘性土壤。当使用时，该方法将是更经济的，比切线桩墙系统更快。每壁

单位长度所需的抗弯强度是根据土壤和开挖深度的类型，这决定了桩径和允许间距。

3．改进通过非对称配筋钻孔桩墙

常规钻孔桩壁可用于在宽范围内的高度的，所有类型的土壤中，上面和下面的地下水位，并靠近属性的线条和约束市区。钻孔桩墙不会对目前具有冲击或振动打入桩或使用泥浆的环境或结算并发症。相对于钢板桩和桩士兵和滞后系统，钻孔桩墙有被用来作为永久地下室墙壁稍加修改，从而避免了需要临时开挖支撑（的MacNab，2002）部分优势。

由于其通用性，降低建设成本将使钻孔桩墙更具吸引力。

近年来，一种新的方法来加固的钢筋混凝土矩形截面的设计的最佳配比已经开发出来，实现了钢铁的数量和建筑成本显著降低（埃尔南德斯- 蒙特斯等，2004 ，2005;阿舍姆等，2006 ;埃尔南德斯- 蒙特斯等，2008 ; Lee等，2009）。前面工作的主要贡献是承认，也许是第一次，加固方案的一个无限数字可以提供部分具有足够的强度，这方面的知识使得工程师能够选择加固的最佳组合考虑结构性和非结构性（如建筑相关的）问题。在参照承受轴向载荷和力矩的组合列的设计中，这些最近的发展有实际上受限的应用，而广为人知的传统方法（适用于与传统的对称加固例）保持主导地位。这是预期在需要对称的加固，例如当负逆转下风或地震发生。

图7.西班牙巴塞罗那施工桩（a）传统的加固（b）

使用单杆加固优化直径（c）使用两个钢筋

直径优化加固。

然而，用于大地保留结构元件不大可能遇到弯矩的显著逆转。在这些情况下，相比于常规加强部使用非对称布置的纵向钢筋赋予大量节省。圆形横截面组成的墙墩的分析和设计是由吉尔- 马丁等人近期解决。（2010年）。这些元件经受轴向载荷（压缩或拉伸）的组合和弯曲力矩，使它们非常适合于最佳化。

传统上，纵筋为一个圆形的横截面并包括相同直径（英镑）的多个间隔开的杆周围的部分的圆周上，通过所需要的盖的距离从部件的表面均匀地分段（见图6）。当然，传统的钢筋配置，非常适合成员体验的轴向载荷力矩（N - M）的要求，在三维空间（一个N -M相互作用的表面内铺设近似对称的，即，MH =常数，其中h是角度对MX轴的MX-我的飞机）。与此相反，如图所示由Gil - Martin等人。（2010年），其中N -M的要求缺乏这种对称性，主要优点可以通过使用非均匀钢筋混凝土圆形码头（见图7 ）来实现。在某些类型的工程建设，如保留了圆形桥墩支撑墙壁，与非对称配筋这种新型桩有一个直接的应用。该系统的专利在西班牙（恩里克埃尔南德斯- 蒙特斯等人，2010）。

对钻孔灌注桩桩墙的新的改进的理论基础在吉尔- 马丁等人的解释。（2010年）。我们的目标是，通过一个迭代过程，最大限度地位于所述桩的拉伸区域中的加强件的杆臂。这使得相应的减少的需要提供抗弯强度张力钢筋量，在很大程度上消除了纵筋在压缩区。新的优化过程中已被应用到两个加强配置：仅使用一个杆的直径或使用两个杆直径为纵筋。加固围绕周边的间距也变化，以浓缩受拉钢筋从中性轴尽可能远，同时提供钢的最小量别处限制蠕变和收缩的影响。该程序引入了一个额外的安全系数考虑到施工过程中引入的不确定性，如在定位钢筋笼的错误。

4．案例研究–西班牙构建非对称桥墩加固

前面已经介绍了如何将传统堆砌的墙壁可以用钢材的对称位置来构建。在本节中关于性能和钢的非对称安置的成本的影响进行了研究。还提出了一个案例研究传统和是非对称钢筋桩施工后获得1年变形测量。

图8.在对称和非对称地增强桩原位拼接

图9使用中央绘酒吧作为安装协议的一部分，一个是非对称加固桩。

马德里和巴塞罗那之间的高速铁路线在2009年的建设，对于剪切和覆盖建设在巴塞罗那的会议期间，得到与非对称钢筋桩最初的实践经验。五个码头采用非对称分布钢筋与许多传统钢筋码头建成，超过500米的伸展在巴塞罗那。开挖深为10米，并使用分离的桥墩分别为18米长，1.20米直径为支撑，并在间隔的中心1.40米。图。图1a示出了非对称加强桩构成的区域的横截面。设计弯矩为1592千牛米，轴向力约为零。

钢筋被指定为B- 500 - S，它具有500兆帕的特性屈服强度。混凝土被指定为C-30 ，其具有30MPa的特征抗压强度。利用纵向钢筋的传统布局设计所需20条直径为25 mm （20英镑25），用8毫米直径@ 300 mm环形箍。传统的纵筋（20英镑25）的总面积为9817平方毫米或毛截面面积的1.25 ％。

横截面示出常规的和优化的杆位置示于图7。表3总结了条形组合物，纵筋的面积，并且抗折强度为传统的和优化的桩。如表3所示，可以节省在纵筋的量的44％时，使用了两种不同的钢筋直径，如图达到了。图7c，即使同时提供增加了10％，在设计弯曲强度与常规设计（图7a）相比较。

考虑到每一堆的全球成本，采用非对称钢筋桩引入节省，除了挖掘成本所有费用项目（钢材，笼，运输和时间设置的笼中孔的制造）和混凝土。在案例研究中，总共节省了建筑围护结构的总成本的13％已经实现。

由于加强件通常钢筋桩柱的极性对称，瞬间阻力仅略有变化与对桩的中心轴保持架的旋转;这种效应通常是被忽视的，而笼应在钻出的孔为中心，没有注意的是考虑到钢筋笼的角度取向的控制。在非对称地增强桩的情况下，然而，需要装配和安装过程中，以控制的角度取向，以确保预期的加强件被放置在桩的拉伸区。为确保现场酒吧妥善安置，执行协议，建立了使用在巴塞罗那实地考察。涂料被施加到位于所述浓缩拉钢筋的中心杆（参见图9），或在两根杆最接近中心中的一个偶数浓酒吧，视觉差异的情况。

在巴塞罗那的现场研究中使用的六个桩检测的评价与非对称与传统钢筋桩相关的侧向变形。三个仪表桩用传统的加固和三有非对称配筋。每个仪表堆有两个载附于桩，截然相反的纵向钢筋管道内倾角。测斜仪探头，以测量桩的变形范围内的后裔。一旦已获得了从垂直在桩深度在角度变化时，横向位移可以通过积分来计算。在测试过程中，测量得到每0.5米的深度，在每个管道。测量结果表明，后混凝土保护层楼板的安置非对称钢筋桩的水平位移很小（约2.5毫米）与经历了由常规的（约3.5毫米）的位移比较。图。两桩柱11地块变形测量开挖后执行2个月后1年。

图10.极限弯矩强度的变化作为一个函数在大

约码头轴线的钢筋笼的非对称，旋转误差桩

图11.两桩变形测量

5．为提高钻孔桩墙替代部分

悬臂式支护系统抵抗侧向荷载完全通过下面开挖埋设桩（见图12A）;足够的埋置深度是需要抵抗侧向力，并从留存地球产生的时刻。随着开挖深度超过约3-5米（即地下室的建筑物开挖的情况下超过一层），经济方面的考虑，通常需要提供水平限制在一个或多个中间深处。的约束可以由内部支撑的挖掘中完成（在浅挖掘更深的挖掘或对角线耙括号例如水平支杆）或使用回接入大地保留（参见图12b）。中间水平的限制减少所需的埋置深度，从而减少了所需的钻孔或驱动桩的努力。在一个锚定壁的情况下，该壁可以作为一个连续的光束在仰角和弯曲力矩改变符号以上的高度。

图12.（a）悬臂式（b）锚挡土系统

使用中间的限制，例如回接或内部支撑的导致弯曲力矩反转，使得使用图3的非对称加强布局。图7b和c不合适。然而，其他的非对称加强配置，如在图中描述的。13

顷最佳。显然，图中的加强结构。13是适合的情况下单轴弯曲时刻改变的迹象，如保留有中间锚杆（牵索）的墙壁。

其中中间锚杆都存在，纵向加强件可能随料堆的高度，与弯矩的幅度和符号改变。所需的纵筋可以使用提出的吉尔- 马丁等人的程序来确定。（2010年）。理论结果表明约20纵向钢筋的减少- 就在这种情况下，传统的钢筋30％。虽然这是一个显著积蓄，它比高达50％，可以得到对悬臂或剪切和盖桩壁的积蓄少得多。

6．总结和结论

在本文中，开挖支撑系统进行全面审查，提出与最近改善了闷墩墙的方法。这一改进，包括采用纵向钢筋的排列在最佳配置，从而增强非对称分布，不仅降低了浇注钻孔的孔（CIDH ）混凝土桩的成本，而且还可以延长其范围适用性，侵占等地建立支撑系统。使用非对称的钢筋可以减少20％-50％在纵筋相对于常规的，对称地增强，桩的量。生产速度更快，因为在纵向杆的两个熔接和安置笼子是更容易和更快。钢的使用和施工时间减少，对温室气体排放和可持续发展的影响有直接的影响。此外，全球钢铁竞争越来越激烈，使得钢材成本不确定，迫使承包商承担额外的费用以获得固定费用。所提出的系统比常规系统的主要优点是，总结如下：

（1）中的改进，包括使用在钻孔桩壁与圆截面的非对称布置的纵向杆的，呈现大幅节省钢筋的量相比，使用对称地加强部的常规设计。

（2）在加固成果材料成本，运输成本，并从简单的现场操作（如吊装和搬运），导致设备成本降低储蓄。

（3）改进后的系统提供在压缩区较大的净间距，与传统钢筋桩相比，克服了在该领域的一些困难进行原位（圈）接头，可用于纵向钢筋。

（4）非对称桩的变形是与传统钢筋桩比较小。

（5）节省成本和施工效率提高了墩墙系统相对无聊的吸引力，其他开挖支护方法，并延伸开挖深度超过它可能在经济上部署。