基坑开挖变形（精选10篇）
基坑开挖变形 篇1
1 引言
我国城市建设的发展越来越迅速, 基坑工程技术发生着日新月异的变化, 今年来, 我国大城市的大型地下空间发展十分迅速, 技术复杂的基坑工程建设项目越来越多, 基坑工程朝着信息化安全监控技术的方向发展, 在基坑设计理论、施工管理技术和施工方法等方面, 积累了十分丰富的经验, 使基坑工程的技术水平不断的提升。基坑工程的规模越来越大, 就会带来许多环境安全和基坑安全问题, 基坑的变形控制成为基坑工程成败的关键。
2 基坑工程的特点
2.1 安全储备小、风险大
通常情况下, 基坑工程作为临时性的措施, 在设计计算时, 基坑围护体有些荷载, 如果不考虑地震荷载, 与永久性结构相比, 在耐久性、防渗、变形、强度等方面的要求较低一点, 对安全储备要求要高一点, 建设方对基坑工程的认识存在一定的偏差, 为了节约建设成本, 对设计提出一些不合理的要求, 降低实际的安全储备, 所以, 基坑工程存在很大的风险性, 必须采取有效的应对措施。
2.2 制约因素多
基坑工程与自然条件密切相关, 在实际的设计施工中, 要充分考虑水文地质条件、工程地质条件和气象因素施工中的变化。而且, 除了受地质条件的制约外, 基坑工程支护结构还容易受地下管线、地下建筑物以及相邻建筑物的影响。所以, 在基坑工程进行设计和施工时, 不能简单的引用, 要根据基本的规律和原理灵活应用。在进行基坑支护设计时, 基于基坑安全和保护附近环境, 要合理的满足施工的工期要求以及易操作性。
2.3 对综合性知识、经验要求高
基坑工程的设计和施工需要多方面的知识, 岩土工程方面的知识以及结构工程方面的知识, 与此同时, 基坑工程的设计和施工是分不开的, 设计计算的工况与施工的实际工况相一致才能保证设计的可靠性。因此施工人员必须对设计有一定的了解, 设计人员必须对施工有一定的了解, 不完善的设计计算理论和施工中的不确定因素都会影响基坑工程, 因此, 设计人员和施工人员要具有十分丰富的现场实践经验。
3 深基坑变形原因
基坑变形的原因是在基坑开挖过程中, 土地卸载引起围护结构在基坑内外侧不平衡压力作用下向基坑内的位移, 造成桩背土体的应力改变进而土体出现移动, 而且进行传递, 带来基坑附近建筑物和地面发生沉降。
3.1 围护结构的位移
在基坑开挖开始后, 因为坑内卸载, 在车辆动载、施工荷载以及坑外水土压力作用下, 围护墙体内侧受到被动土压力, 外侧受到主动土压力。因为都是先开挖, 后支撑, 开挖过程中存在没有支撑暴露时间, 在这个期间, 被动区土体抵抗不了坑外的压力, 就会造成围护结构的位移。
3.2 基底隆起
随着基坑开挖深度的增加, 存在很大的基坑边界的内、外地面的高度差;当开挖进行到最后时, 在基坑开挖面以下的一定距离的围护桩向坑内移动, 挤压基底下的土体, 导致基底的隆起。
3.3 基坑周围地层位移
在进行基坑开挖时, 由于外围土体的应力状态改变, 地层的垂直和水平方向发生位移, 来填充因为围护结构的变形而造成土体的损失。表象是地表的硬壳层出现拉裂, 地面出现明显的沉降。并且周围地层变形会随基坑变形而变化, 离基坑越近, 地面的沉降量也就越大, 基坑变形越大, 周围地层的变形也就越大。
4 重视基坑变形的重要性
深基坑的开挖会带来基坑周边的地层朝着基坑的方向移动, 进而在地层中形成被动土压力和主动土压力。在进行基坑的开挖施工时, 基坑维护结构的任务技术为建筑物的主体结构提供干燥和安全稳定的作业空间, 但同时也会产生基坑周边地表的沉降以及结构的变形。城市建设发展越来越迅速, 城市地下空间的开发也在快速发展, 所以, 现代城市发展的地质问题和环境问题是因城市地下空间的开发利用而造成的城市地面的沉降, 所以, 在进行深基坑工程时, 基坑的变形控制成为基坑工程成败的关键。
深基坑开挖过程中不仅要保障基坑的稳定和安全, 而且还要控制好基坑附近地层的水平移动和沉降进而不破坏基坑附近的环境, 尤其是处在城市的深基坑工程, 基坑的施工空间比较小, 附近的建筑物比较密集, 控制好附近地层的位移显得十分重要。在地质条件比较好的地区, 因为基坑开挖所带来较小的周围地层的变形, 适当的控制不会影响基坑周围的环境, 但是基坑位于软土地区, 由于地质条件复杂, 地层软弱, 进行基坑的开挖就会带来较大的变形, 严重的破坏变形会带来巨大的经济损失和危及人们生命安全。所以, 我们要加强重视基坑变形的重要性意识。
5 工程开挖变形的几个问题的分析
在保证施工质量的前提下, 工程的开挖变形主要与以下几个因素有关系:支撑结构强度、土质的结构、开挖的速度和深度、围护结构质量等, 其中最为重要的是围护结构预应力的作用和入土的深度。所以应该从这几方面分析工程的开挖变形。一般情况下, 维护结构可以简化为侧向受力的简单的力学模型, 针对这个模型的计算方法为有限元法、弹性地基梁的m法、经典方法。目前最常用的方法是有限元法, 在实际的工程施工中, 通过采用有限元法考虑维护桩内力影响和水平位移的规律可以使支护结构的入土深度得以确定, 进而影响工程开挖的变形量。有限元法不仅能够对整体的效果进行评估还可以对支护结构的稳定性进行评估。弹性地基梁的m法只是用来确定变形量, 不能确定支护结构的入土深度, 因为m值的变化幅度大、确定较难并且无法解决实际施工中地基土层的分层问题。经典方法比较适合粗略的计算, 因为其模型简单且考虑的问题是力的平衡问题, 所以计算不能涉及精确的位移问题。不同深基坑开挖点要尽量同时开工, 减少时间的差异, 因为随着时间的推移, 支护结构的水平位移呈现正性变化。从地质结构分析, 深基坑周围地表的沉降系数与影响工程开挖变形的因素密切相关。深基坑开挖完成后, 严重破坏原有的地质结构并且地下水也破坏了其稳定性, 导致深基坑的附近地表产生沉降。在开挖之后, 因为坑基底部的前后受力不相同, 易造成后期的坑基底部的隆起变形, 从而带来深基坑的变形。
6 针对深基坑开挖变形问题的策略
在实际施工过程的安全需要和深基坑变形的原理的前提下, 要想能够准确的指导施工, 必须综合运用m值法、有限元法、时间序列分析预测方法以及人工神经网络预测等多种方法。这种多种学科得出的成果可以为解决实际的施工问题提供更多的思路。在进行深基坑的开挖时, 要实时监测这些影响开挖变形的因素, 国外正在兴起的信息化监测在这一问题上具有重要的应用价值, 对影响变形的因素进行有效的控制。在确定好工程开挖的施工方案以后, 监测设备不断对深基坑的地质水文等情况进行采集, 对原定方案进行输入不断计算出更加符合实际情况的施工数据。通过施工方程式与不断变化的数据进行结合, 可以不断对估计数据和实际的数据差异进行修正, 实时进行动态检测, 从而更好的对变形误差进行控制。
在选择深基坑支护方案时, 可以在监测的基础上对变形进行干预。在常规的基坑开挖前, 基坑外围止水采用高压旋喷、三轴搅拌、水泥土搅拌桩等技术处理, 完全可以保障需求, 如果该方法与钻孔灌注桩技术综合使用将会发挥更大的功能, 这种方法十分经济不仅具有档泥抗水的作用, 而且还适合居民住房的建筑要求。地下连续墙方法广泛应用在较高的施工要求的时候, 它不仅能够保护好施工位置附近的建筑结构还可以有效的挡土, 还可以作为地下室的墙体使用。土钉墙技术可以伴随深基坑开挖的进行而进行, 具有施工简单、用料少的特点, 非常适合不同土层结构的深基坑的支护。锚杆技术、钢筋混凝土预制桩以及钻 (冲、挖) 孔桩也常用于深基坑支护方案。
摘要：深基开挖不仅要保证基坑本身的安全和稳定, 而且还要有效地控制由于基坑施工引起变形及其对周围环境的影响, 研究深基坑开挖变形规律及其控制技术, 对于深基坑的设计施工具有重要的指导意义。本文主要对深基坑开挖原因、重要性、存在问题以及解决策略进行了详细的分析。
关键词：深基坑,变形,控制
参考文献
[1]王峰斌.建筑工程深基坑的变形分析及控制措施研究[J].建筑工程技术与设计, 2015, 01:34~35.
[2]王永成.变形控制桩基础设计理论浅析[J].山西建筑, 2015, 08.
[3]徐万舟, 深基坑的变形分析及控制技术[J].中国科技博览, 2015, 8.
基坑开挖及支撑施工技术 篇2
关键词:地铁施工 基坑 工艺 支撑
中图分类号:U213文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0060-01
1 引言
随着社会经济的发展,出现了许多大城市和超大城市,随之而增加的人口和私人轿车,现代城市交通拥挤问题日益突出。修建地铁已成为解决该问题的有效途径之一,而且越来越多地要求考虑对地面和地下空间的综合开发利用。现在全世界已有40多个国家的80多座城市修建了地下铁道,共运营线路长达5200km,运营线路长度超过100km的有14座城市,拟建或在建地铁的城市有30多个,尤其是伦敦、纽约和巴黎等城市,虽然已建成几百千米的地下铁道,但随着城市的发展,还在不断地扩建。我国的上海、广州、南京、深圳、北京等城市已经修建了地铁或正准备修建。
2 基坑开挖施工工序及方法
2.1 开挖总体部署
根据开挖施工分区、分块的划分,每区内分段、分层、分小块施工。为保证施工进度、控制工程质量和安全,本车站的基坑土方开挖主要采用机械开挖,人工配合挖土、修坡。开挖时严格按“时空效应”理论,及时设置支撑。
考虑本基坑开挖平均深度在15.5m左右,采用分阶段开挖,根据设计要求,每层土层开挖长度不大于6m,第三、四、五道支撑开挖的过程中,每段长度不大于3m,分层开挖中每一层开挖底面标高为不低于支撑底面或设计基坑底标高以上30cm,严禁超挖。在基坑开挖中充分利用“时空效应”,将钢支撑的安装和预应力的施加将控制在预定时间以内。垫层施工应快速及时,确保基坑安全。
2.2 设备选择与施工准备
(1)开挖方法及设备选择。
采用50t履带式吊车抓斗配以液压挖掘机挖土,该方法具有开挖暴露面小,设备简单,纵坡容易控制,现场管理难度小,进度容易控制的优点。对于在支撑下脚死角部位,用液压挖掘机,同时配合人工进行开挖。
(2)施工准备。
①在基坑开挖前,先凿除原有路面结构及地下连续墙的内侧导墙。准备支撑材料和施加支撑轴力的液压装置,对支撑进行检查。
②基坑采用小580及小609钢管支撑,施加支撑轴力采用与钢管支撑配套的抱箍式液压装置。
③在基坑开挖前,先布置好每个基坑的测量网点,放出各轴线位置及地面标高。以保证支撑的及时安装和控制挖土标高,这项工作现场施工人员必须加以重视。
④在基坑施工前,将开挖分层位置、标高、深度、各道支撑位置和预加轴力等技术指标和质量标准,向施工人员详细进行技术交底,使全体施工人员熟悉并掌握本工程所执行的各项技术措施和技术标准。
⑤基坑开挖前,应检查井点降水效果和地基加固龄期。当井点降水持续20天以上,地下水位已降至坑底3m以下,基底加固土体已达到设计龄期或设计强度时,方可进行基坑开挖施工。
⑥根据工程量及工期要求,配备50t吊车及铲车、挖掘机等开挖基坑与吊装钢支撑的施工设备。
⑦基坑围护已经阶段性封闭,且已经达到设计强度。
⑧地下管线的保护和监测措施已落实
2.3 开挖施工工艺
(1)端头井开挖:首先撑好标准段内的2根对撑,再挖斜撑范围内的土方,最后挖除坑内的其余土方。斜撑范围内的土方,自基坑角点沿垂直于斜撑方向向基坑内分层、分段、限时地开挖并架设支撑。端头井部位第一层,采用大型挖机,按斜撑的垂直方向后退开挖,边开挖边安装斜撑,第二层及以下部分的边角部位,采用小型挖机和人工开挖倒运土方,喂给抓斗出土。其余部位与标准段开挖方法相同。从东、西端头井开始向中间进行基坑开挖,先完成端头井土方,然后再向标准段延伸。
(2)在基坑开挖时,应严格按照“时空效应”的理论,采用“分段、分层、分块、对称、平衡、限时”的方法组织施工,减少地墙横向位移和坑底回弹。做好支撑和挖土的紧密配合,随挖随撑。开挖第1、2道支撑土层,每小段开挖长度不超过6m。要在16h内挖完,随即在8h以内安装好该小段的支撑并施加预应力完毕;第3、4、5道支撑的开挖过程中,每小段开挖长度不超过3m,小段土方要在8h内挖完,随即在8h以内安装好该小段的支撑。
支撑应力控制:第1道支撑预加力按计算轴力的30%施加,第2道支撑预加力按计算轴力的50%施加,其它支撑预加力按计算轴力的70%施加,并视施工实际情况酌情增减。
(3)复加支撑预应力:钢支撑必须有复加预应力的装置,当第3、4、5道支撑加设后均应对以上各道支撑按设计复加预应力。当墙体水平位移超过警戒值时,可适当增加预应力以控制变形。
(4)挖至坑底设计标高后,须按诱导缝或施工缝的设置位置,立即分段分块进行混凝土垫层的跟进施工。为了不破坏基底土体结构,需预留300mm厚土层由人工清除,如有超挖时不得填土,用砾石砂回填。如监测有异常情况须立即停挖,采取紧急措施进行补救。
3 基坑支撑施简介
工程的基础施工及周围环境安全至关重要。端头井深度方向采用5道钢支撑,标准段布置4道钢支撑,车站主体支撑第1道采用小580钢管,其余几道采用小609钢管,架设时按设计要求施加预加力,保证基坑安全,每幅墙设两根支撑,基坑开挖后迅速封底。
3.1 支撑体系
按设计要求,采用小580及小609钢管支撑;准备足够数量的支撑;事先作好拼装配套准备,以便及时安装支撑。
3.2 支撑安装施工
根据土方开挖进度要求,提前备好支撑钢管和配件,将支撑钢管裝配到设计长度,每小段土方开挖完成后,立即安装,并施加预应力。第一层每小段开挖完成,同时安装两根支撑,第二层及以下部分,每段土方开挖时,每根钢支撑紧跟开挖面,随挖随撑。
支撑位置的土方开挖后,凿除覆盖在地墙预埋钢板上的混凝土,整平此处的地墙表面,安装支撑托架。用吊车将支撑整体吊装就位,同时用千斤顶施加预应力,将两端钢垫箱顶紧。完成后定时观测预应力损失,及时补加预应力。
4 结语
在城市地铁车站工程建设的过程中,广大工程建设者在实践中不断探索,总结和积累了很多宝贵的经验。他们在施工过程中通过积极推广应用新技术、新工艺、新材料、新设备,极大的提高了劳动生产效率,降低了工程成本,保证了安全质量与工期,为改善城市交通做出了重大贡献。但由于城市地铁特别是车站工程施工环境异常复杂,不同工程的水文地质差异性大,施工过程中会经常碰到一些复杂的施工与技术问题,需要广大工程技术人员、科技工作者持续探索、大力攻关,不断提高我国城市地铁车站的施工技术水平。
参考文献
[1]吴波,高波,蒋正华,全学让,周振强.地铁隧道对地表沉降影响的优化控制分析[J].现代隧道技术,2003.3:42-46.
[2]刘建航,侯学渊编.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
基坑开挖变形 篇3
基坑开挖引起邻近地铁的变形,包括沉降、水平位移和收敛,这些变形必然会影响地铁隧道的正常使用,严重时将导致隧道管片开裂、漏水、漏泥,直接影响到隧道的使用功能和安全性,因此对基坑开挖引起的邻近地铁隧道的变形进行控制是非常有必要的。基坑开挖引起的邻近隧道变形的研究包括原型监测案例分析、数值模拟、理论分析三方面。数值模拟方法可以定性反映出基坑开挖对邻近隧道的影响,但由于土体的本构模型及计算参数的合理确定比较困难,因此其计算结果还难于达到实用的程度。运用理论方法进行分析的文献较少,主要通过对基坑周围土体位移场进行分析,假设隧道与相应的坑周土体位移相同,计算所得土体位移以竖向为主,但由于隧道本身刚度很大,因此计算结果往往是隧道的沉降偏大,而水平位移偏小。
本文以原型案例分析为基础,通过邻近的地铁隧道由基坑开挖引发的变形监测结果分析,从隧道的沉降、水平位移和隧道的收敛等角度探讨了基坑开挖对邻近地铁隧道的影响。
1 原型案例分析
为了分析基坑开挖对邻近隧道变形的影响因素,这里搜集了一些原型工程案例,并就基坑的工程概况、基坑与隧道的相对位置、隧道所在土层、基坑的围护结构及加固情况等方面进行归类分析,具体说明见表1。
2 隧道变形的基本规律分析
2.1 影响隧道变形的主要因素
(1)基坑与隧道的水平距离对隧道的位移影响
从图1可以看出,基坑开挖对隧道的水平位移产生较大的影响,隧道产生的水平位移与基坑与隧道的水平距离成幂函数衰减关系。当基坑与隧道的水平距离在4 m以内时,隧道产生的最大水平位移为6~13mm。
隧道产生的沉降与基坑与隧道的水平距离也基本上成幂函数衰减关系,当基坑与隧道的水平距离在4m以内时,隧道产生较大的沉降,其沉降值为6~10 mm。另外从图1和图2中可以发现,基坑开挖对邻近隧道的水平位移、沉降均产生较大的影响,尤其在近距离范围内(如4m内)这种影响尤为显著。
基坑与隧道的水平距离也对隧道的收敛产生一定的影响,从图3中可以看出,隧道与基坑的水平距离越近,隧道断面各弦长(如AB、CD等)的伸长率越大,即隧道与基坑的水平距离越近,对隧道断面收敛的影响越显著,随着水平距离的逐渐增大,对隧道收敛的影响也随之逐渐减弱。
(2)隧道的顶部与基坑底部的高差对隧道的影响
在隧道与基坑的水平距离在4 m以内时,隧道位于临近基坑坑底的上部,且隧道顶标高与基坑底的高差越大,隧道产生的沉降越大。当二者的高差为3 m时,隧道产生6.07mm的沉降;当二者的高差为3.5 m时,隧道产生5.3mm的沉降;二者的高差为4.7 m时,隧道产生8mm的沉降;二者的高差为5.1 m时,隧道产生10mm的沉降。需要说明的是图4中[1]、[7]的数据离散性较大,这是因为地铁产生的沉降不仅仅与地铁与基坑高差有关,而且还与二者的水平距离有关,是两个方向作用的结果。
(3)基坑的时空效应对邻近地铁隧道的影响
基坑的时空效应对邻近地铁隧道的影响是很显著的。如在文献[1]中提到,在基坑开挖时,当第一层土方开挖深度不足3 m时,由于基坑面积大,土体卸载后无任何支护措施达15d,对周边环境产生的影响明显。基坑土体最大位移量累计达8 mm,地铁隧道沉降为2 mm。而后当进行第二层K撑区域土体开挖时,支撑未能及时架设,致淮海路侧基坑暴露时间超过36 h,土体测斜日变化量持续大于1mm,之后邻近的地铁隧道沉降量陡升至0.3~0.5 mm/d(接近保护标准0.5 mm/d),隧道管片收敛向基坑卸土方向拉伸量最大可达0.3mm/d。
文献[11]分别给出了正常施工及每次开挖后基坑暴露24 h引起邻近隧道的沉降变化曲线,如图5所示。从图中可以看出,在开挖到第三层土体,施作第二道支撑时(图中第4个工况时),由于基坑暴露的时间长,导致隧道较正常施工产生近1mm的附加沉降。
2.2 隧道变形的基本规律
(1)基坑开挖对邻近隧道的影响表现为,隧道发生较大的沉降和水平位移,位移主要以水平位移为主。
(2)无论隧道顶标高高于坑底标高还是低于坑底标高时,当隧道位于基坑一侧4 m以内时,隧道均有较大的侧向位移,距离基坑最近的隧道出现最大侧向位移为6~13mm。
(3)隧道与基坑的水平距离在4 m以内时,当隧道顶标高位于坑底标高以上时,二者的高差越大,隧道产生的沉降越大。随着基坑的开挖,隧道表现出6~10mm的沉降。
(4)隧道横断面的收敛情况表现为,隧道呈现出横鸭蛋形。
3 结论
本文通过基坑开挖对邻近地铁隧道的原型案例分析,得到以下结论:
(1)邻近隧道的基坑开挖对隧道的沉降和水平位移均产生较大的影响,隧道产生的变形不是一个方向上的位移,在空间上表现为斜向坑底的位移;隧道横断面的收敛情况表现为,隧道呈现出横鸭蛋形。
超大深基坑开挖与支护施工技术 篇4
关键词：大面积；深基坑；开挖；支护；施工技术
随着城乡经济建设的发展，开发地下空间的需求也在不断增长。基坑工程是为地下工程的开挖提供必要和安全的条件，现在基坑工程几乎遍及建筑、水利、港口、交通、市政、人防等工程领域。基坑开挖深度超过5m，即称为深基坑。目前，一些基坑开挖深度已达几十米深，基坑面积也有不少超过了1万m2。由于基坑施工条件复杂，不确定性因素较多，而且临时性的特点更易导致投资控制与安全保障之间的关系失衡，因而基坑工程风险性较高，并因涉及多种学科基坑施工技术综合性很强，这些决定了超大深基坑开挖与支护的施工难度较大，因此本文对有关内容进行了探讨。
1.超大深基坑开挖方法与支护形式
1.1基坑开挖方法
基坑开挖分为无支护放坡开挖和有支护开挖两种方法。前者适于深度较浅且能保证边坡稳定的基坑，如条件许可，不失为一种简便、经济的方法。后者遵循先支后挖的原则，利用围护结构、支撑/锚杆体系进行开挖。对于超大深基坑工程来说，多不具备放坡条件，所以通常都要采用有支护的开挖方法，由于基坑深度和面积大，一般采用竖向分层、水平分区的开挖方法，同时要求对称、均衡、限时开挖。
1.2基坑支护形式
基坑支护用来抵抗周边的土压力和水压力，按照施工方法大体分为顺作法、逆作法和顺逆结合法[1]。顺作法是基坑开挖的传统方法，由上至下分层开挖至坑底，同时设置多道支撑/锚杆，再由下而上施工基础结构和上部结构。逆作法是在开挖到一定深度后即施工基础梁板，并以此代替顺作法的临时支撑，然后继续向下开挖和施工地下结构。如果施工地下结构的同时进行地上结构施工，这称为全逆作法；而等到地下结构施工完再进行地上结构施工，称为半逆作法；此外，还有分层逆作法、部分逆作法等。由于逆作法施工省去了临时支撑的设置和拆除环节，费用和工期都可大大节省，环境效益也好，但逆作法施工技术较为复杂，并且暗挖作业也比明挖作业要求高，所以实践中往往采用折中的方法——顺逆结合法，一部分采用顺作法，另一部分采用逆作法，如主楼顺作裙楼逆作、中心顺作周边逆作等。
顺作法按照结构形式分为边坡稳定结构、悬臂围护结构、重力围护结构、内撑围护结构、拉锚围护结构等[2]。边坡稳定结构包括土钉墙支护和喷锚支护等；悬臂围护结构是指采用钢板桩、钢筋混凝土板桩、钢筋混凝土排桩等形成的围护结构；重力围护结构是采用水泥深层搅拌土桩形成的围护结构；内撑围护结构由钢筋混凝土排桩或地下连续墙和内撑体系组成，后者是指水平支撑和斜支撑构成的内部支撑体系；拉锚围护结构是在内撑围护结构基础上再加上锚固体系，也就是锚杆或锚索构成的体系。
对于超大深基坑来说，应首选逆作法施工，这不仅因为可以缩短工期、节省工程费用，更重要的是利于基坑变形和周边建筑物沉降的控制。大面积深基坑工程需要架设大量支撑，在基础结构施工过程中还要换撑和拆除支撑，工程量非常大，技术也很复杂，而逆作法比较容易克服这些问题。至于不同逆作法的选择，应通过综合考虑基坑深度、地质条件、地下水、周边环境等因素来决定。如采用顺作法，支护形式常采用土钉墙、复合土钉墙、钻孔灌注桩中的一种，土钉墙尤其是复合土钉墙适用于软土以外的黏土、粉土和胶结密实的沙土等条件，软弱地基支护更适于采用钻孔灌注桩。大多数情况下都可采用水泥深层搅拌土桩作止水帷幕，但施工空间狭小时宜采用高压旋喷桩。大面积基坑采用内支撑时要设置立柱，并且支撑的截面尺寸也很大，这种情况下也可考虑拉锚式结构。
2.超大深基坑开挖与支护技术应用
2.1工程及地质、水文概况
某基坑工程开挖尺寸达148m×97m，深度11.85m～18.15m，土方量超过17万m3。地层状况由上至下依次为杂填土、素填土、粉质黏土/粉土、粉土/粉细砂、粉质黏土/粉土、粉砂/粉土、细砂、沙砾石、强风化粉砂岩泥岩互层、中风化粉砂岩泥岩互层。杂填土层和素填土层分布有滞水，埋深约0.5m～1.8m，主要源于大气降水、地表水及生产与生活渗水。在粉土/粉砂层、细砂层和砂砾石层内存在孔隙承压水，主要来自长江水，丰水期水位海拔高度22m，水头变化幅度约3m～5m。
2.2施工方案
支护方案：围护结构采用367根1200mm@1500mm钻孔灌注桩，桩长25m～27m，混凝土强度为C30。止水帷幕采用单排3轴水泥深层搅拌土桩，900mm@600mm，桩长约19m，土桩掺入水泥18%，水灰比约50%；后期采用500mm@300mm双排搅拌桩。水平支撑结构由内支撑和喷锚土钉墙组成。内支撑由冠梁、立柱、角撑、对撑和边桁架构成，立柱采用型钢格构柱，冠梁、角撑、对撑和边桁架采用钢筋混凝土结构。土钉墙放坡1：0.75，土钉采用梅花分布的钢筋，22mm@1.5m，钉长1.2m，坡面挂200mm×200mm钢筋网，喷射80mm厚C20混凝土。基坑南侧紧邻高层住宅，所以采用1000mm@800mm高压旋喷桩对被动区土进行加固，桩长3m～6m。
开挖方案：遵循“分层、分段、对称、平衡、限时”的原则，将土方开挖分为水平Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区，竖向3层，深度分别为-4.7m、-9.0m、-11.55m～-18.00mm。挖土时放坡1：1。
降水方案：采用深井降水，共设21口井，15口用于降水，6口用于观测，井深为35m。降水先排至盲沟和集水井，再排至市政排水系统。
监测方案：主要监测支护结构水平位移、承压水位、周边管道变形、立柱桩差异隆沉等，并设置报警指标。
3.结语
超大深基坑开挖与支护施工技术复杂，并且具有很强的区域性和个体性，要选择合理的施工方案，必须综合考虑各方面的因素，虽然经济因素很重要，但也要保证技术可靠和安全适用。本文通过对相关内容的分析和探讨，借以抛砖引玉，引起更多人对超大深基坑施工技术的关注。
参考文献：
[1]刘国斌，王卫东.基坑工程手册[J].2版.北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2]朱建，李泽杰.临海地区软弱土大面积深基坑工程快速支护设计[J].西部探矿工程，2014（10）：178-180.
基坑开挖变形 篇5
1 工程背景
1.1 场地工程地质条件
“盛世豪园 (二期) ”工程位于上海市杨浦区新江湾城内, 西面紧靠闸殷路, 东北面与民庆路相邻, 东侧与盛世豪园一期小区为伴。本工程拟建建 (构) 筑物由10幢19层住宅楼、1层沿街商店、1个地下车库及辅助配套设施组成。其中10幢住宅楼, 1层沿街商店及辅助配套设施均位于地下车库范围之上, 其中住宅楼基础埋深约9.15 m, 商业街和地下车库埋深约8.95 m。根据岩土工程勘察报告显示, 拟建场地地层主要由黏性土及粉性土组成, 场地内及周边无滑坡、崩塌等不良地质现象存在。基坑±0.000相当于绝对标高+5.300, 自然地面绝对标高为+4.800。
1.2 支护结构概况
该工程基坑开挖面积约为44 885 m2, 住宅楼基坑开挖深度为9.15 m, 商业街和地下车库基坑开挖深度为8.95 m。局部电梯井、集水井落深开挖达11.55 m。
围护形式采用SMW工法桩+拉锚的围护形式。SMW工法墙设计根据基坑开挖深度计算确定, 主要采用了3ϕ850@1 200的水泥搅拌桩内插H500×200×10×16@1 200的型钢的结构形式, 搅拌桩及型钢的长度分别为20.4 m和16 m。采用了加筋水泥土锚桩作为水平向支撑体系, 具体设计参数见表1。
2 有限元分析模型及主要施工工况
2.1 分析模型的建立
本文采用MIDAS/GTS有限元分析软件建模进行了基坑变形分析, 分析模型的相关几何参数及材料参数按照实际工程设计来确定。标准分析模型中基坑平面尺寸即为基坑设计尺寸, 约为325 m×148 m。为简化分析, 考虑基坑开挖深度为统一标高, 考虑到实际工程中局部深坑虽深度较深, 但占基坑总面积的百分比较小, 故开挖深度参考住宅楼地下室的埋深取为9.5 m。本章将基坑边缘到边界的距离取为50 m, 约为最大开挖深度的5倍;模型的深度方向取41 m, 以尽量减小模型边界条件对基坑变形的影响。具体三维有限元基坑开挖模型如图1所示。
2.2 模型工况的确定
在基坑有限元分析中考虑基坑的分块开挖将使模型的计算结果更有参考价值, 且基坑有限元分析的这一特点在大面积的基坑工程中更为明显。由于本文的模型计算引入了基坑分块开挖的施工特性, 因此模型的分析工况的定义成为了分析计算的重点。文中基坑分块方式详见图2。
具体的开挖过程主要包括如下9个工况:
1) 初始状态, 位移清零;2) 施工围护墙体, 施加坑边荷载;3) 开挖第一层土, 施工第一道拉锚;4) 开挖第二层土, 施工第二道拉锚;5) 开挖A1, A2区第三层土并施工区域内第三道拉锚, 同时开挖A3区第三层土体至-5 m;6) 开挖A1区第四层土至坑底并施工A1区底板, 同时开挖A2区第四层土体至-7.8 m;7) 开挖A3区第三层土体至-6.6 m, 施工A3区第三道拉锚;8) 开挖A2区第四层土体至坑底并施工A2区底板, 同时开挖A3区第四层土至-7.8 m;9) 开挖A3第四层土至坑底并施工A3区底板。
3有限元计算结果分析
3.1围护墙侧向变形分析
为了更好的了解三维有限元标准模型在开挖过程中围护墙变形情况, 对基坑模型开挖后各工况的地墙最大水平位移值进行了统计, 绘成图表, 如图3所示。根据基坑三维变形的空间效应, 我们可以知道基坑围护墙体的变形在靠近墙底中心处较大, 靠近基坑角部处位移较小。故墙体各工况的位移是基坑长边和短边靠近中心轴处的位移计算结果。
根据图3计算结果可以发现模型长边和短边的中点当基坑开挖到底时的变形都基本达到了最大值, 长边中点的最大水平位移为38.90 mm, 短边中点的最大水平位移为38.88 mm。根据图3的区域划分, 图3a) , 图3b) 的位置分别处在A1区和A2区, 因此由于基坑的分块开挖使两处墙体侧移曲线产生了一定的差异。图3a) 中墙体由于处于A1区, 工况6时该区域内已经开挖到底并施工完底板, 其后工况A1区的结构形式没有发生变化, 从墙体侧移曲线可以看出工况7～工况9时, 墙体侧移的变化量很小。而图3b) 由于处于A2区内, 在工况8时才完成支护结构的施工, 故最后两个工况仍产生了一定的位移增量, 约为4 mm, 占侧移最大值的10.5%。
3.2有限元分析结果与实测值比较
将模型计算结果与工程实测进行了比较 (见表2) , 文中采用的实侧结果是靠近计算所得最大墙体位移处测点开挖到底时的墙体侧向位移最大值。
由表2可以看出, 三维有限元计算的结果与实测的结果相差不大, 最大绝对值差8 mm, 占位移总量17%, 能够较好地预测基坑工程在各施工工况下的基坑变形。
3.3误差分析
从上面的实测位移量和有限元分析曲线图结果来看, 它们之间还是存在着一定的差异。分析原因, 大致可以归纳为以下几点:
1) 进行有限元模拟的时候, 对模型进行一些简化, 有时候与实际相差较大, 这或多或少影响了计算精度;
2) 有限元求解的时候, 由于各个项目的差异, 我们定义各种参数, 例如土体相关参数, 弹性模量, 土的本构模型等等, 它们和实际是有一定差异的, 这会影响理论公式的计算精度;
3) 有限元模拟没有考虑地面施工荷载及地下水位的变化影响。但是, 在有些地区渗流对基坑开挖卸荷过程的影响较大。在地下水位高时, 基坑开挖将伴随着开挖卸载、坑内外水头差的变化、超静孔隙水压力消散的耦合过程;
4) 有限元模拟没有考虑位移的时间效应。基坑开挖是分步进行的, 支撑也是分步置入的, 两者均与施工工况和施工时间有关。准确地说, 土体应当属于粘弹塑性材料, 其本身也受时间因素的影响。
4结语
1) 考虑基坑的分块开挖以后, 三维标准有限元计算模型计算所得的变形结果, 基本能够较好的模拟实际基坑工程变形, 但考虑施工中的诸多不确定性因素, 在今后的工程中应该注意设计上安全系数的取值。
2) 分析误差是不可避免的, 这已是大家公认的事实。只要误差控制在一定的范围内, 能够达到我们的预期目标就可以了。至于减小误差, 这是一种经验的积累, 随着资历的加深, 对分析所采用的各种手段 (采用什么样的网格、材料模型、各种参数控制等等) 理解的更加透彻, 计算精度一定会更加的精确。
摘要：将基坑的分块开挖引入分析过程, 通过工程实例的三维有限元分析, 把理论分析结果与实测结果进行比较, 验证了理论分析计算的可靠性, 同时分析误差产生的原因, 对今后基坑设计理论的完善具有一定的指导意义。
关键词：基坑设计,敏感性分析,地下连续墙,位移反分析
参考文献
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基坑开挖变形 篇6
对结构在水平荷载及其抗力作用下的变形及力学行为的全面认识是深基坑支护结构设计取得成功的关键。深基坑支护结构的安全和稳定受到基坑所在场地地层条件、水文地质条件、基坑开挖深度、基坑周围环境条件等影响，使得设计时所要考虑的因素较多而变得较为复杂，许多专家和学者对此进行了大量研究。但是，更主要和本质的问题是深基坑支护结构在抵抗坑外土压力时其变形规律如何，基坑发生变形时，变形对土压力的影响如何，这一系列问题的答案仍待深入研究[1～5]。
北京地铁房山线大葆台站土层以粉土、砂土为主，表层土为粉土，以下多为砂土，随着基坑的开挖砂土对支护结构的影响占主导，研究基坑开挖过程中基坑变形规律、土压力变化规律，砂土与基坑排桩墙在水平向力作用下的桩-土间共同作用规律，对完善深基坑设计理论具有十分重要的意义。
2 北京地铁房山线大葆台站基坑开挖工程概况
大葆台站位于北京市丰台区葆台路与丰葆路交口处，车站呈东西走向。基坑开挖深度为8.84m，采用钻孔灌注桩围护结构，桩布置形式为Φ800mm@1600mm，基坑采用明挖法施工。现状地下水位标高为18.25m，埋深约29.4m，位于第6大层卵石层。
勘察结果及区域地质调查资料分析，本车站工程场地浅部为粉土、砂土层，在不利条件下为可液化土层（见表1）。
3 北京地铁房山线大葆台站基坑开挖监测成果分析
图1是北京地铁房山线大葆台站基坑监测点布置图。ZD代表地表垂直沉降监测点、ZH代表桩顶水平位移监测点、ZV代表桩顶垂直位移监测点、ZX代表桩体水平位移监测点。
由于基坑开挖，侧向卸荷破坏了土体固有的平衡状态，引起支护墙体向基坑方向位移，墙后土体的移动，引起地表沉降。因此，基坑开挖变形主要包括两个部分：墙体变形、墙后地表沉降。
3.1 墙体水平变形时空规律
经过墙体水平位移监测点位移抽样统计，得抽样曲线图(见图2)。
由图2可以得出以下结论：
1)支护墙体在墙后砂土体土压力作用下的变形，整体上呈现线性，随基坑深度的增加变形越小；加钢支撑处由于支撑力的作用墙体变形有突变。墙体位移沿深度方向总体并没有像黏性土呈现中部大、上部和底部小的“凸”形形状。分析如下：
挡土结构计算方法实质上是从横向受荷桩的计算方法演变而来的[6]，横向受荷桩的基本思想是把承受水平荷载的单桩视为弹性地基，在土体深度Z处，桩的水平抗力σx等于该点的基床系数Kz与该点的水平位移x的乘积，即
Richard J.Woodward等人指出，通常非黏性土可取水平向基床系数随深度按直线增大，即K=my，这也就是工程上分析水平向基床系数分布的“m”法。因此，挡土结构在砂土作用下的水平抗力沿深度线性增大，变形大体呈现线性。事实上，在基坑开挖时，围护墙内侧卸去原有土压力，而基坑外侧受主动土压力，不平衡土压力使墙体产生变形和位移。当基坑开挖较浅，还未设支撑时，均表现为墙顶位移最大，向基坑方向水平位移，呈三角形分布(见图3)，随着基坑开挖深度的增加，刚性墙体继续表现为向基坑内的三角形水平位移或平行刚体位移。
2)随着开挖深度增大，墙体最大水平位移增量不断减小，但在不同基坑位置墙体变形最终位移量不同，长边方向基坑角点墙体(ZX1处)变形比中点墙体(ZX14处)变形大，前者峰值达后者的2倍。短边方向(ZX3)最终变化量介于前二者之间。长边方向中点墙体变形行为较其余2个位置复杂，在第一道钢支撑处、最小位移和第二道钢支撑之间出现位移峰值。
3.2 墙后地表沉降时空规律
根据工程实践经验，地表沉降有三角形和盆形的两种典型形状。如图4a所示的三角形主要发生在地层较软弱而且墙体的入土深度又不大时，墙底处显示较大的水平位移，墙体旁边出现较大的地表沉降。图4b所示盆形主要发生在墙体有较大的入土深度或墙底入土在刚性较大的地层内。墙体的变形类同于梁的变形，此时地表沉降的最大值不是在墙旁，而是位于离墙一定距离的位置上。
通过统计分析，地表沉降监测点中ZD4-a、ZD4-b点累计位移量均值较大（见图5），峰值也在监测该处时得到。所以，基坑四周地表沉降量最大区域在以ZD4-b为中心的一定范围内。位移方向向下为负。
从图5可知，离基坑较远的ZD4-b点的累计位移量绝对值比ZD4-a的大，且ZD4-b点处地表向下沉降而ZD4-a点处地表向上隆起。故基坑监测点处地表产生盆形沉降，由此判断基坑四周地表也产生盆形沉降。
4 北京地铁房山线大葆台站基坑支护结构与砂土相互作用机理数值模拟研究
4.1 PLAXI S程序数值模拟模型简介[7]
PLAXIS软件适用于大多数岩土工程领域的非线性有限元分析，其中有适合于岩土工程问题的多个本构模型，如线弹性模型、摩尔-库伦模型，软土模型，土体硬化模型等。本文采用土体硬化模型(HS)。土体硬化模型是一种高级土体模型。同摩尔-库伦模型一样，极限应力状态是由内摩擦角、黏聚力c及剪胀角来描述。在主偏量加载下，土体的刚度下降，同时产生了不可逆的塑性应变。在排水三轴试验的特殊情况下，轴向应变与偏差应力之间的关系可以很好地由双曲线来逼近。构造土体硬化模型的基本思想是三轴加载下竖向应变ε1和偏应力q之间为双曲线关系[8]。标准排水三轴试验往往会得到如下表示的曲线：
式中,E50为三轴加载刚度；qa是抗剪强度的渐进值。
4.2 PLAXI S数值模拟[9]
由图6～图11可以看出，数值模拟所得值偏于保守，与实测值相差不大，说明通过PLAXIS土体硬化模型模拟,所得数据可以进一步作为机理分析的依据。
4.3 土桩相互作用变形模型分析
排桩墙的变形和破坏与墙后砂土的变形有关[10]，即土体相对于墙体的变形是原因，墙体产生的变形及荷载效应是结果。因此，利用土体的变形分析墙体的变形甚至破坏及荷载效应可以帮助我们认清墙体与砂土相互作用问题的本质。
砂土体产生水平方向移动是开挖作用的结果[11]。图12表示滑动面以上及以下部分墙土相互作用情况。在滑面以上部分(流动塑性区)，流动土体相对于墙发生移动，并导致墙体变形，该部分墙属于被动墙；滑面以下部分(弹性区)，由于墙体变形的存在，墙周稳定土对墙体产生抗力，该部分墙属于主动墙。这二部分墙与土的相互作用有所不同。
假定流动塑性区部分被动墙与土体间的相互作用力为P(z)，而弹性区主动墙受到的土体抗力的计算采用winkler地基梁的假定条件[12]，即墙受到的土体抗力与墙的挠度成正比，该条件适用于墙体变形较小的情况。对于弹性区的墙体因其埋深较大，故采用该假定是适宜的。
若将墙简化为弹性地基梁[13]，参照图12，容易得到墙体的基本微分方程为:
式中，xl和x2分别表示滑动面以上和以下部分墙的挠度，EI为墙的抗弯刚度；P(z)为单位桩长桩土间的相互作用力,kN/m;Es为土体的杨氏模量，Es=k(z)b0(b0为墙的计算宽度)，其物理意义参见图13。
滑动面以下部分P(z)与墙的挠度x2的关系为线性,故图略,图13中,δ表示墙土间的相对位移。滑动面以上部分δ=x1(z)-u(z),u(z)表示土体的位移。滑动面以下部分由于土体是稳定不动的,即u(z)=0,故δ=x2(z)。
假设滑动面以上部分被动墙与土体的相互作用为p(z)与δ的关系可简化为图13中的二种关系模型，则相应的数学表达式分别为：
(1)理想弹塑性型式：
(2)双曲线型式：
以上是基于土体位移的被动墙分析方法，该方法能够很好地解释被动墙与土体相互作用的机理，采用该方法进行计算时要用到土体的侧向变形资料，而土体的侧向变形很难用理论公式计算得到，一般情况下由实测得到[14]。在被动墙的工程设计中，常用的是第二类方法-基于土压力的分析方法。采用该方法的关键是根据某种假设计算出作用在墙上的侧向土压力。对于基坑围护桩这一类常见的被动墙，墙侧土压力的计算较为简单，通常采用Coulomb和Rankine主动土压力和被动土压力的理论进行计算[15]。由于砂土的土体刚度是应力相关的，其双曲应力应变关系决定了墙土相互作用的双曲线型式关系，也就是说，墙土间相互作用力的大小主要取决于墙土间的相对位移。
5 结论
砂土属于无黏性土，通过分析监测资料并利用有限元计算软件对深基坑开挖与支护模拟进行验证，总结计算得出不同开挖阶段的地表沉降和围护结构的水平变形规律如下。
1)支护墙体在墙后砂土土压力作用下的变形，整体上呈现线性，随基坑深度的增加变形越小；加钢支撑处由于支撑力的作用墙体变形有突变；随着开挖深度增大，墙体最大水平位移不断减小，但在不同基坑位置墙体变形最终变化量不同，长边方向基坑角点墙体(ZX1处)变形比中点墙体(ZX14处)变形大，前者峰值达后者的2倍；随着工程进展，到基坑施工末期，基坑短边方向位移量有回落，长边方向中点处位移量没有回落，而长边方向角点处位移量有部分回落现象。
2)基坑四周地表产生盆形沉降。
通过分析深基坑支护结构在抵抗坑外砂土的变形规律，基坑发生变形时变形对土压力的影响等问题，得出了深基坑排桩支护结构与砂土体相互作用机理如下。
(1)支护结构与砂土体相互作用分滑动面以上及以下部分两种相互作用情况。在滑面以上部分(流动塑性区)，流动土体相对于墙发生移动，并导致墙体变形，该部分墙属于被动墙；滑面以下部分(弹性区)，由于墙体变形的存在，墙周稳定土对墙体产生抗力，该部分墙属于主动墙。这二部分墙与土的相互作用有所不同。
基坑开挖变形 篇7
1 逆作法施工技术
1.1 逆作法施工技术的概念
逆作法施工技术是建筑基坑支护中的一种技术。逆作法施工技术可以通过对地下建筑结构存在的自身抗力的合理利用, 实现对基坑的支护。在运用逆作法施工技术进行施工的过程中, 需要对梁板与柱之间、梁板与墙之间的节点问题加以重视, 这些节点会对建筑物结构是否协调等方面产生一定的影响[1]。
1.2 逆作法施工技术的种类
根据基坑支撑方式的不同, 可以将逆作法施工分为部分逆作法、半逆作法以及全逆作法三种。
1.3 逆作法施工技术的优点
将逆作法施工应用到工程中, 能够有效地缩短工程的工期、节约工程的成本、提升施工效率、对基坑变形进行有效控制。由于逆作法施工技术的这些优点, 它常常被用于软土地区的深大基坑工程中。
2 将逆作法施工技术应用到深大基坑首层盆式开挖中
将逆作法施工应用到软土地区的深大基坑工程中时, 当工程的地下梁板结构施工结束之后, 需要运用暗挖的方式进行下层土方的开挖工作, 暗挖的方式会降低工程的工作效率, 且挖土的工作环境较差, 因此, 可以采用盆式开挖的方式完成深大基坑首层土方的开挖工作。深大基坑首层盆式开挖需要将工程施工对周围环境的影响降至最低水平。将逆作法施工技术应用到深大基坑首层盆式开挖中, 由于墙体的入土深度相对较大, 因此就基坑而言, 应该对变形进行有效控制。在制定深大基坑首层盆式开挖方案的过程中, 需要充分考虑工程的水文地质条件、基坑平面尺寸以及施工方法等因素的影响。为了提升工程的施工效率, 可以在保护环境的前提下, 尽量增加盆式开挖的土方量, 这种做法会对预留土堤宽度、盆中开挖深度等因素的确定提供合理的依据[2]。
3 深大基坑首层盆式开挖对基坑变形的影响
以上海中心裙房深大基坑工程为例, 对深大基坑首层盆式开挖对基坑变形的影响进行研究。
3.1 上海中心裙房深大基坑工程
上海中心裙房深大基坑工程的总体方案是裙房逆作与主楼顺作相结合。上海中心裙房地下室所采用的施工方法是逆作法施工, 它的围护结构是地下连续墙, 上海中心裙房地下室的开挖深度是27.2m, 地下室墙的深度是48m。上海中心裙房深大基坑的首层开挖方式是盆式明挖, 为了避免或较少裙房施工对主楼施工的影响, 运用分块开挖的方式, 当土方开挖工作结束之后, 要使用混凝土垫层进行跟进。上海中心裙房施工的时间处于地下公共通道结构施工结束之后[3]。
3.2 上海中心裙房深大基坑工程的水文地质条件
上海中心裙房深大基坑工程的土壤是由砂土、饱和黏性土以及粉性土组成的, 这种土壤具有分层分布的特点。深度小于24m的土壤主要是由黏土组成的, 该施工现场的土壤具有灵敏度高、压缩性高、含水率高以及强度低等特点, 这些特点会对上海中心裙房深大基坑工程的施工产生不良影响。根据埋藏条件可以将施工现场的地下水分成承压水和浅层潜水。在上海中心裙房深大基坑工程施工的过程中, 基坑外部的潜水情况变化幅度较小, 它的埋深范围处在1.5-3.5m之间[4]。
3.3对上海中心裙房深大基坑的分析模型进行计算
3.1.1确定土体计算参数
在上海中心裙房深大基坑工程中, 施工现场的粉制黏土、淤泥质粉制黏土、淤泥质黏土等土层中都是以黏土为主的, 对此, 可以选用修正剑桥本构模型, 结合施工现场的地质情况勘查报告中的相关数据确定土地的计算参数。就-3 粉砂土层、-2粉砂土层以及-1 砂质粉土土层而言, 需要运用M-C模型, 确定出土体的计算参数。
3.1.2 确定接触面参数和支护结构参数
二维快速拉格朗日法中的接触面是无厚度双面接触面单元, 这种物厚度双面接触面单元需要服从拉伸破坏准则和库伦剪切破坏准则;二维快速拉格朗日法提供了7 种不同的支护结构单元, 这些支护结构单元包含实体单元、梁单元、岩石锚杆单元等。上海中心裙房深大基坑工程的地下连续墙的模拟是通过实体单元和梁单元实现的。
3.4 上海中心裙房深大基坑工程的计算结果分析
3.4.1 工程的不同地墙刚度与地墙简化方式对墙体侧移的影响
就悬臂开挖而言, 分别运用梁单元和实体单元完成对墙体的模拟的过程中, 会产生一定的差异, 这种差异的产生原因是, 在深大基坑的开挖过程中, 墙体的后测表面会受到开挖侧隆起土体向上摩擦力以及其他土体向下摩擦力的影响。当选择梁单元对连续墙进行模拟时, 由于墙没有厚度, 虽然有摩擦力的产生, 却不会产生弯矩;就实体单元而言, 开挖侧隆起土体与其他土地对连续墙产生的向上和向下的作用力会因为墙体的中和轴产生弯矩, 这种弯矩会将墙后水平应力引发的弯矩中和掉。随着墙体厚度的不断增加, 墙体侧移不断减小, 但减小幅度相对较小。随着工程基坑开挖深度的不断增加, 墙体侧移的最大值也不算增大。就深大基坑首层盆式开挖而言, 当墙体厚度处于0.8-1.6m之间时, 墙体厚度的变化不会对基坑变形产生明显的影响。在对墙体进行模拟计算的过程中, 与运用实体单元对墙体进行模拟相比, 梁单元对墙体进行模拟的计算结果更大, 其偏大范围处在10%-21%之间。为了有效考虑土体对连续墙摩擦力的作用, 最好选择实体单元完成对工程中连续墙的模拟[5]。
3.4.2 工程盆边预留土堤尺寸对基坑变形的影响
盆边预留土堤的作用主要包含以下两种:第一种是通过对土堤下部土体竖向应力的提升, 促使土堤下部土体产生的被动土压力增加, 进而对围护墙埋入段的侧向位移进行控制;第二种是通过水平抗侧压力的产生, 实现对围护墙侧移的有效控制。随着土堤宽度数值的不断降低, 土堤的水平抗侧压力也呈现出缓慢降低的趋势。当土堤宽度达到20 时, 土堤水平抗侧压力处于最小值。但土地抗侧压力并不会随着土堤宽度的增加发生增加。如果盆边预留土堤的宽度为0, 当对这部分土堤进行挖除时, 会引发较大幅度的基坑变形。因此可以说, 盆边预留土堤具有较强的控制墙体变形作用[6]。
结论:随着大型地下工程数量的不断增加, 人们对深大基坑工程的重视程度越来越高。本文以上海中心裙房深大基坑工程为例, 对上海中心裙房深大基坑的分析模型进行计算, 并对工程的不同地墙刚度和简化方式对墙体侧移的影响、工程盆边预留土堤尺寸对基坑变形的影响进行分析。
摘要：随着经济的不断发展, 大型地下工程的数量呈现出逐渐增加的趋势。深大基坑施工在大型地下工程中占据着极其重要的地位。与其他基坑相比, 深大基坑的首层盆式开挖对基坑变形方面的要求更高。本文对基于深大基坑首层盆式开挖对基坑变形的影响进行分析。
关键词：深大基坑,首层盆式开挖,基坑变形
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基坑开挖变形 篇8
我们在某铁路桥设计中, 两桥墩位于既有铁路两侧, 承台基坑开挖范围8m×8m。单排桩采用1:1的插入比。为了简化计算, 地基土是一个单一的土壤, 路堤是回填土。基坑和既有铁路线相对位置如图1所示。
2 进行数值模拟
2.1 设计目标方案
为了更加全面的探究, 我们在基坑一侧开挖及两侧同时开挖的影响数据分析, 探索基坑开挖路基空间的范围内的重叠, 为了获得更好的效果, 以便得到这两种工况下基坑开挖不同深度对既有线路基的影响规律。
2.2 建立计算模型
采用数值模拟方式计算, 由于基坑开挖需要将已经固结沉降完成的原状土路基作为后续开挖步的初始状态, 计算模型不考虑基坑降水的影响, 在设计中, 我们考虑开挖过程中的土体应力。根据模型中的初始应力场, 初始位移设为0。原铁路设计为中型II级铁路, 根据原铁路路基设计规范, 根据等效荷载, 将列车和轨道荷载转换为静载, 查询得知荷载强度为59.1k Pa, 计算原有轨道路基, 宽3.4m, 高3.3m。把这些数据导入模型里。
2.3 分析数据结果
2.3.1 单侧基坑开挖
通过对单侧基坑开挖不同深度的数值进行模拟分析, 得到了基坑开挖对原有铁路路基的影响数值 (如图2) 。以基坑开挖6m时路基平面沉降水平位移的等值线图为例。我们能明显的看到原有的路基两侧水平位移和竖向沉降。
我们以中心线、左右轨道、路肩、坡脚及基坑坑边中点作为变形监测点, 从开挖4m时的沉降4mm增加到开挖10m时的沉降22mm得知, 轨道中心线沉降值随开挖深度增加迅速增加。开挖4m深度时水平位移仅为2mm, 基本是无影响的, 但是当施工深度增大到10m时, 水平位移值达到16.5mm, 明显的位移较大。两条钢轨产生的变形程度是与基坑开挖的距离有明显关系的。两条钢轨随着开挖深度的增加沉降量增加, 而且随着开挖深度的增加其沉降差也逐渐增大, 从图3 (b) 可以得知, 两钢轨水平位移与位移曲线重合, 开挖大于8m的有一定的差异, 在开挖深度为10m时, 两导轨的水平位移值比较大, 但是位移仅为0.4mm。随着基坑开挖深度的增加, 路堤和路肩的沉降值和水平位移增大, 开挖深度越深, 增幅越大。基坑土体向基坑位移和轻微隆起变形。
2.3.2 两侧路基开挖
基于基坑两侧不同深度开挖的数值计算研究, 得到了基坑开挖对既有铁路路基值的影响, 我们采取开挖位移水平6m案例和沉降等值线为例, 因为对称开挖, 可见明显小于单侧开挖位移水平6m时, 基坑开挖对地基开挖沉降沿轨道中心线对称分布影响单向水平位移, 通过这些数据我们得知双侧开挖两轨道沉降差异不存在
我们以中心线、左右轨道、路肩、坡脚及基坑坑边中点作为变形监测点, 从图中可以看出, 基坑开挖深度越大, 两条钢轨沉降和水平位移均随之增加。尤其是沉降数值由开挖4m的仅为6.8mm增加到深度10m时的43.3mm, 但是相对于水平位移, 其数值始终较小。两天钢轨在背向移动和开挖深度大于8m时才能看出位移的迅速增加。同时, 该案的开挖, 随着开挖深度的增加轨道沉降增加的中心线, 沉降值大于2倍与轨道中心线影响基坑开挖, 但随着开挖深度的增加, 这种差异随之减少。路肩及坡脚沉降值和水平位移值随着基坑开挖深度的增大, 路肩的沉降和水平位移值增大, 但路肩水平位移的数值很少, 即使开挖深度大于10m。但路肩沉降和水平位移仅1.55mm但是坡脚沉降和水平位移较大, 可达20mm。在基坑边坡点的垂直位移和水平位移和单侧基坑开挖形成基本一致, 坑边土体向坑内移动并有轻微隆起。
3 实际观测
以上是我们在施工过程的数值模拟分析, 模拟值要普遍小于实际测量值, 因为在实际施工过程中受到外界因素的影响, 在模拟过程中没有考虑到这些方面的因素, 因此会产生一些误差。这次我们假定土层单一且不考虑基坑降水的影响, 但是实际其实会与模拟有一定的差异, 这就要我们在施工中加强路基的监测。对实测资料和模拟结果进行了比较分析, 总结了基坑开挖过程中土体的变形规律和支护结构的变形规律。基坑监测是保证基坑施工安全和既有铁路路基安全的重要内容, 在基坑施工过程中, 要自始至终进行监测。
结论:紧邻既有铁路线基坑施工风险较大, 尤其是深度超过5.0m的深基坑施工, 容易造成既有铁路路基变形甚至产生坍塌, 严重影响既有铁路运营安全。我们建立的分析模型能有效的了解基坑开挖深度的增加对既有铁路线路各个部分的变形影响及规律。深入研究了在既有铁路单侧开挖以及两侧同时开挖两种不同工况数据的不同。根据数据的结论, 轨道的沉降值和轨道的水平位移随着开挖深度的增加, 偏移值也随着开挖深度的增加而增加。但在同一时间对路基开挖施工的两边, 因为它是对称的, 在铁路和公路的基坑水平位移的影响较小, 但仍对坡脚一定影响与轨道中心线, 所以基坑两侧, 有利于水平位移的控制, 会有轨道沉降没有区别, 但增加的垂直沉降。这些数据的建立让我们前期工作有了根据, 建筑设计有了参考。
参考文献
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高层建筑深基坑土方开挖技术探讨 篇9
关键词：高层建筑；深基坑；边坡支护；土方开挖；地下室
中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0072-03
1 工程案例
某工商企业大厦：地下室2层，地上28层，建筑高度99.9m，上部结构体系为现浇钢筋砼框架-筒体结构，PHC预应力管桩基础，框架抗震等级三级，剪力墙抗震等级二级，抗震设防烈度7度，总建筑面积44208.9m2（地上建筑面积34869m2，地下建筑面积9339.9m2），地下室层高4.2m，建筑等级一级，地质状况：根据工程地质报告：①素填土层，层顶埋深0.6～3.5m。②粉质粘土和粉土层，层顶埋深3.0～6.5m。③泥质砂土夹卵砾石土层，层顶埋深6.0～10.8m。④碎块状强风化砂岩，层顶埋深10.～15.5m。⑤中风化砂岩，层顶埋深15.5～21.6m。地下稳定水位埋深为4.4～11.1m。东、北两向紧靠城市道路，与道路相距13m，西、南两向为新建高层建筑，相距约50m。地下室呈长方形状，长95m，宽56m。施工条件：本大楼地处旧城改造区，旧墙基及地下管线密集，工期紧，施工难度大。工程于2009年6月开工建设，并于8月份完成东、北两向旋挖孔灌注排桩支护施工，为满足建设单位的工期要求，春节前完成桩基、挖土及边坡支护的目标，本深基坑工程土方量约65000m3，每天平均出土量需确保1500m3左右方能满足进度要求。在工期紧迫的情况下完成深基坑的挖土作业，对挖土方案及现场管理提出了更高的要求。
2 边坡支护
本工程基坑开挖深度约10.1m，为保证建筑基坑边坡稳定及安全，根据现场的实际情况对基坑边坡采用土钉墙及预应力锚杆和旋钻孔灌注砼排桩两种支护方案，西、南两侧鉴于有放坡条件，采用A型台阶式放坡土钉喷锚支护方案：该基坑边坡高度9.5m，下层设置击入式钢管Φ48×3土钉3排，纵向间距2m，倾角15°，土钉水平间距1.5m，放坡坡比1：0.75，以梅花形布置。东、北两侧因地下室外墙边线紧邻用地红线，采用B型排桩墙支护方案。根据设计该基坑边坡高度9.5m，排桩总长度为143m，桩径为700mm，桩长13.5m，桩间距1.4m，灌注桩混凝土强度等级C30，主筋为14Φ22，箍筋为Φ8@150；冠梁混凝土强度等级为C30，高0.5m，宽0.7m；竖向设置三排锚杆，竖向间距为1.5m，水平间距为1.4m；桩间采用挂Φ6@200×200mm钢丝网喷C20混凝土止水帷幕。深基坑支护结构断面如图2所示。
3 降排水方案
在土方开挖过程中，当开挖底面标高低于地下水位的基坑时，由于土的含水层被切断，地下水会不断渗入坑内。地下水的存在，非但使得开挖困难，费工费时，边坡易于塌方，而且会导致地基被水浸泡，扰动地基土，造成工程竣工后建筑物的不均匀沉降，使建筑物开裂或破坏。因此，基坑开挖施工中，应根据工程地质和地下水文情况，采取有效地降低地下水位的措施，使基坑开挖和施工达到无水状态，以保证工程质量和工程的顺利进行。本场地最高地下水位-4.4m，在基坑开挖前期，主要是做好基坑及周边的截水、疏水和排水工作，以排水沟排水方法为主要措施，在边坡外围设置砼300×300mm排水沟，将地表水导入水沟，并排至城市排水管网；当基坑第一阶段土方开挖（达到标高-2.6m）后，为保证在基本无水状况下进行土方开挖施工，主要采取坑底轻型井点降水措施，沿基坑四周外围1m处设置一道深于坑底的井点滤水管（@2000mm，长度10m，井管直径50～55mm，井孔直径300mm），直接与两台抽水设备连接从中抽水，使地下水位降落到基坑底0.5～1.0m以下，井点降水减小或消除了动水压力，改善了土的性质，大大提高了边坡的稳定性，改善了施工操作条件，加快了工程进度。在1～3层土方开挖过程中沿西、南两向设置简单排水沟、集水坑以排除基坑积水，当第四阶段承台基础土方开挖时，沿支护四周距50cm处设置砼U型排水沟及集水井，以排除坑壁及地下渗水、露天雨水等，并用水泵及时将集水井内积水排出坑外。
4 土方开挖方法
4.1 深基坑土方开挖总体布置
高层建筑深基坑工程的土方开挖，在解决了地下水和边坡稳定问题之后，还要解决土方如何开挖的问题，由于基坑自土方开挖就处于活动状态，随着开挖深度的增加，支护结构的受力状态、大小、位移变形都相应地增加，稍有不慎随时都可能发生边坡垮塌事故。因此在深基坑施工过程中要认真做好施工组织设计及科学安排工期，选用什么方法、什么机械、如何组织施工等一系列问题在基坑土方开挖之前都要进行详细的了解，在开挖过程中还要全面考虑人工和机械开挖的配合问题以及一些特殊地基的处理问题，同时合理安排各工序紧密搭接，以保证基坑暴露的时间尽量缩短，减少基坑支护结构因时空效应产生的不利影响。各层土方开挖以从①→④的平面顺序进行，本工程基坑土方开挖平面布置图如图3所示。
4.2 深基坑土方开挖顺序
根据支护体系的设计特点及要求，本工程基坑土方开挖共分五层进行，施工顺序如下：平整场地、修筑临时便道→第一层土方开挖→东、北向旋喷支护桩施工→西、南向第一道土钉喷锚施工→井点降水施工→第二层土方开挖→西、南向第二道土钉喷锚施工→第三层土方开挖→东、北向排桩第一道锚杆及止水帷幕施工→基础桩基施工→第四层土方开挖→西、南向第三道土钉喷锚施工→东、北向排桩第二道锚杆及止水帷幕施工→基础承台土方开挖→封底垫层→地下室结构施工。
4.3 深基坑土方开挖组织
本工程由于支护体系外锚杆设计充分考虑到基坑挖运土机械化施工的需要，为挖运土的机械化施工提供了良好的作业条件。按深基坑土方开挖平面布置修建基坑土方临时运输道路，考虑到车辆交汇，设置7m宽便道，上铺30cm厚砖、石道渣，挖掘机平整碾压成型，配备20片1cm厚2×6m钢板，基坑开挖采用3台CAT320型反铲挖掘机和3台PC200小型挖掘机，土方随挖随运，8吨、12吨自卸汽车根据土方运距及现场需要量调配。
4.3.1 深基坑土方开挖按开挖平面布置分阶段、分层进行，第一层开挖至标高-2.6m，西、南向从上边坡起往基坑约8m开挖至标高-4.2m，第一层开挖完成安排东、北向旋喷桩施工及西、南向第一道土钉喷锚施工和井点降水施工。
4.3.2 第二层土方开挖待东、北向旋喷桩施工及井点降水施工完成，砼强度达到70%后进行，开挖至标高-4.2m。
4.3.3 组织第三层土方开挖，开挖至标高-6.2m，安排基础桩基施工。
4.3.4 基础桩基施工完成，第四层土方开挖，安排西、南向第三道土钉喷锚施工，东、北向排桩第二道锚杆及止水帷幕施工。
4.3.5 最后完成基础承台土方开挖，封底垫层。开挖分层断面如图4所示。
5 深基坑土方施工的关键要点
经过对本深基坑土方开挖施工方案的具体实施，工期紧凑，降低了工程成本，达到了预期的效果，满足了工期、质量和安全的要求，高层建筑深基坑土方施工，虽施工难度大，但也并非没有办法，只要通过合理组织、精心安排，就能取得令人满意的效果，现就深基坑土方开挖施工要点总结
如下：
（1）根据工程的特点、施工条件以及地质状况科学合理地制定边坡支护方案、降排水方案、土方开挖方案是深基坑土方施工成败的关键。
（2）高标准、严要求保证边坡支护的施工质量，落实降排水措施到位是深基坑土方施工的必要条件。
（3）建立以项目业主为主导的现场项目管理体系，充分协调各方关系，最大限度地将边坡支护、降排水、桩基施工等各工序穿插施工，有效缩短工期。
（4）土方开挖必须严格按施工方案的顺序均衡推进，严禁无序开挖，以保证支护体系均匀受力。施工中配备专职人员进行测量控制，及时将基坑开挖下口线测放到坑底，以控制开挖标高，避免超挖。为防止超挖和保持边坡坡度正确，机械开挖至接近设计坑底标高或边坡边界时，应预留20～30cm厚土层，用人工开挖和修坡。
（5）视施工场地及作业面的情况，合理调配土方机械，实现挖、运平衡，避免造成机械闭置误工，进行大面积的开挖后，土方随挖随运，以实现基坑四周的零堆载，同时基坑周边严禁停滞大型机械。在支护桩边、基底及承台地梁等处无法进行机械开挖部位人工配合对开挖部分边角进行修边、平整。
（6）为减少基坑支护结构变形和荷载的积累，各层排桩支护结构前土方应待基坑内侧土方开挖完毕后再挖除。
（7）建立测量控制网，土方开挖前，对邻近道路、建筑物的资料进行收集、分析，对已有的裂缝等问题事先设置标记并备案，在基坑开挖过程中，加强对支护结构体系、基坑稳定性和邻近道路、建筑物的监测，做到每一深挖一层就要进行及时监测，然后对监测值（桩顶位移、桩侧斜、沉降等）进行分析并反馈，若监测值发生突变，说明基坑支护结构承受过大的压力，需要放慢挖土速度或立即停止挖土，待基坑变形稳定后，方可继续进行施工。
（8）运土汽车按施工组织设计指定运土路线行驶，指定弃土地点卸土，并按城建、环保部门规定在工地大门出口处设置标准洗车台，配备冲洗设备，安排专人对路面进行清扫，确保路面清洁干净。
（9）必须加强现场安全措施的有效落实，如基坑防护栏、水平安全网、基坑安全爬梯、基坑照明、配电箱设置等；要求编制详细的专项方案，审查通过后严格执行。
6 结语
深基坑作为高层建筑基础施工的重要环节，对保证高层建筑施工质量有着积极的影响。因此，在新的建设环境下加强对高层建筑深基坑施工技术的研究和总结，有助于改善深基坑施工的现状，提升建筑工程的施工质量，确保施工安全。
本工程通过科学组织、合理计划，从施工方案入手，因地制宜地组织施工，有效地完成了深基坑的土方开挖任务，取得了良好的经济效益和社会效益，总结了高层建筑在复杂环境下深基坑土方开挖的施工经验，具有一定的参考价值。
作者简介：刘东林（1967—），男，供职于闽晟（福建）建设工程有限公司。
基坑开挖变形 篇10
近年来,随着我国经济和科技发展水平的提高,大量岩土工程开始建设,人们对于边坡稳定和破坏性状的分析也越来越多。而与传统的极限平衡分析方法比起来,有限元法已经逐渐成为分析该问题的有效方法之一。对此,国外一些专家,如Naylor,Griffi ths&Lane以及Potts&Zdravkovic等人都进行过类似的研究,并提出了多种有限元法的分析技巧,对于其优点的列举也比较明确。值得一提的是,Naylor,Griffi ths&Lane二人提出了一种理想弹塑性模型——MohrCoulomb模型,该模型对于边坡等的破坏性状进行了分析,他们认为,在对岩土工程进行有限元的分析中,非常重要的一点就是选择土体本构的模型,而这又受土质类型的制约[1]。因此,其在研究中表示,通常情况下,软塑性土无法频繁的软化成为非常明显的形态,所以,在对这类材料进行分析的过程中,可以采用简单的弹塑性本构模型;而在微超固结与正常固结土中,因为其可以承受固定的塑性应变,则可以采用塑性性状的软化模型来对其破坏性状进行分析,实践也证明,采用这种方法也比较符合实际。而Potts&Zdravkovic则在Mohr-Coulomb模型以及修正剑桥模型的基础上,对多种情形下的边坡开挖性状进行了分析[2]。我国也有一部分专家对边坡稳定和破坏性状进行过深入的研究,并给出了很多建设性的结论。
本文在Mohr-Coulomb模型的基础上,通过采用理想弹塑性本构模型和考虑应变软化的本构模型(不考虑软化),对平面应变下的软土均质地基上的基坑放坡开挖进行大变形有限元计算,同时也对比了非软化和软化模型的结果,从而重点探讨了基坑放坡开挖时的破坏性状。
1 软化模型在有限元计算当中的选择
Mohr-Coulomb在表述材料时,认为软粘土可以分别采用非软化(理想弹塑性)模型和软化模型来进行表示。由此,我们可以将结构性软粘土的应力和应变之间的关系曲线用图1来表示。
由图1可知,该曲线可以分为三个部分。OA段:当峰值应力大于应力的时候,当应力逐渐变大时,土体也会随之逐渐屈服,从而使土体硬化,这种情况下,其应力和应变的关系可以描述为非线性弹性关系,或者也可以成为弹塑性关系;AB段中,当应力达到峰值后,土体的强度会下降,应变和应力会成反比关系,此时,软粘土会呈现应变软化的现象;BC段中,当土体与残余应力值接近的时候,基本上会呈现为完全塑性的状态。
为了对土体的软化现象进行准确和简单的描述,其应力和应变的关系可以通过分段线性函数来进行模拟,而软粘土结构性破坏造成的应变软化现象则可以采用线性软化来进行描述。一般情况下,以上关系基本上有以下两种表达方式,一为简单线性软化模型[3],如图2所示;二为复杂线性软化模型[4],如图3所示。
图2、图3中,A、B两点分别对应初始屈服面以及最终屈服面,当应力达到A点,即应力峰值时,如果继续加荷的话,土体就会开始软化,此时,应变会随着应力的下降而逐渐发展。但是,当应力在B点以后时,材料会开始无限流动,此时材料被破坏。
因此,为了更好地模拟基坑开挖土体的破坏性状,应该采用应变软化模型。本文采用MohrCoulomb模型,以求和图2能够对应起来,此时,软粘土的抗剪强度参数选择如图4所示。
由图4可以看出,在只有弹性应变却没有塑性应变的情况下,将c0、φ0设为Mohr-Coulomb软化模型中的强度参数,此时,当塑性应变在εe时,强度参数不变,仍然为c0、φ0;当塑性应变在εp和ε时,强度参数为cr、φr;当塑性应变在εe和εp时,强度参数为c0、φ0、cr、和φr的线性差值。
2 均质软土地基放坡开挖非软化的分析
大多数对于基坑放坡开挖破坏性状大变形的研究工作中,都采用Eulerian和Lagrangian的描述方法,其中,前者主要为流体力学,后者为固体力学。通常而言,以上两种办法分别有着明显的优势,但不可否认的是,其也存在着一定的缺陷。因此,为了弥补以上两种方法的缺点,可以采用任意拉格朗日–欧拉(ALE)进行描述。在这种方法中,计算网格能够在空间内按照任意形式进行运动,也就是说,其可以在空间坐标系与物质坐标系内独立运动。与此同时,其可以按照合适的、规定的网格运动方式来对物体的移动进行准确的描述。由此可知,在ALE的描述当中,参考构形为已知条件,而现时构形与初始构形都为未知条件,需要对其进行求解。因此,ALE描述方法现在被广泛的应用在求解大变形的问题上。
本文针对不排水条件下软粘土的快速开挖进行分析,过程当中采用总应力法。因此,在非线性理想弹塑性土体模型中Mohr-Coulomb准则在有限元分析过程中需要用到粘聚力、剪胀角、内摩擦角、泊松比以及杨氏模量等参数,表1为分析过程中涉及到的土体材料参数。
另外,在本次分析当中,坡度比为1:2,图5所示为开挖过程。
在图5中,我们假设开挖时的地表荷载fb P恒为15kPa,且各次开挖的深度均为1米,直到开挖基坑被破坏。此时,有限元分析当中,共划分出2400个网格,2501个节点。
我们知道,基坑放坡开挖实际上是土体荷载向侧面进行卸载的一个过程,具体说来,就是土体向侧面卸载的变化和大小,会导致土体中的应力重新进行分布,从而使得土体的性状产生变化,最终使其应变发生变化[5]。
在基坑放坡开挖的过程当中,软粘土剪切带的变化规律如果用塑性剪应变来表示的话,可以分为如下四个阶段:1)当开挖深度到达2m的时候,在软粘土的局部地区会产生剪切带,但范围相对较小;2)当开挖深度到达3m时,剪切带会随着土体向侧面卸载的应力增加而增大,其范围也会相应逐渐增大;3)当开挖深度到达4m的时候,剪切带范围会持续扩展;4)当开挖深度达到一定范围时,如5m,则剪切带会持续发展,并最终贯通,这时,基坑的土体剪切带会发生滑移的现象,即基坑会失去稳定性,并最终被破坏。
3 均质软土地基放坡开挖的软化分析
与之前非软化分析有所区别的是,本次前2次开挖的深度均为1m,其后每次都按照0.5m的深度进行开挖,直到基坑失去稳定性,发生破坏。
我们知道,在对基坑放坡开挖进行软化分析的过程,其实和非软化分析的区别不大,其也是土体荷载向侧面进行卸载的一个过程。因此,仍然采用塑性剪应变表示的剪切带的发展来分析基坑放坡开挖破坏的情况。分析结果如下:1)当开挖深度达到2 m的时候,在软粘土的局部地区会产生剪切带,但范围相对较小;2)当开挖深度到达2.5m和3m时,剪切带会随着土体向侧面卸载的应力增加而增大,其范围也会相应逐渐增大;3)当开挖深度到达3.5m的时候,剪切带会持续发展,并最终贯通,这时,基坑的土体剪切带会发生滑移的现象,即基坑会失去稳定性,并最终被破坏。
由以上分析可知,在基坑放坡开挖的过程当中,和非软化分析的结果比起来,软化分析的结果有着相对比较明显的区别。也就是说,当基坑开挖进行到一定深度以后,在软化分析的过程当中,基坑顶部和基坑底部比起来,会更早发展成为塑性状态;而在非软化分析的过程中,则会变成基坑底部比基坑顶部更早达到塑性状态。
4 结束语
综上所述,应变软化条件下的分析结果和非软化条件下的分析结果有着相对而言比较明显的不同。即当基坑开挖进行到一定的深度之后,在软化分析的过程当中,基坑顶部和基坑底部比起来,会更早发展成为塑性状态;而在非软化分析的过程中,则会变成基坑底部比基坑顶部更早达到塑性状态。除此之外,如果从图形化分析的角度来说,在非软化分析当中,其剪切带有着比较明显的贯通过程,但在软化分析的过程中,则比较复杂,因此,可以认为,非软化分析的结果相对不安全。
参考文献
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