岩土控制变形分析法

岩土控制变形分析法（精选7篇）

岩土控制变形分析法 篇1

摘要：为了推动建筑工程的不断发展, 岩土工程勘察部门应责无旁贷, 采取科学、有效的方法, 提高勘察水平, 确保勘察工作的质量。简单阐述了岩土工程勘察的方法, 提出勘察过程中存在的问题, 并重点分析了勘察质量控制措施。

关键词：岩土工程,工程勘察,质量控制,控制措施

建设工程施工质量与前期岩土工程勘察工作的质量息息相关, 所以确保勘察质量已经成为工程勘察工作的关键, 同时这也是实际工作过程当中的主体线路。切实强化勘察管理力度, 通过科学、有效的手段规范实际管理行为, 提高勘察质量, 是使工程勘察发挥最佳效果的唯一途径。然而, 由于受到诸多因素的影响, 工程勘察过程中还存在一些问题和不足, 因此, 需要从实际出发, 结合实际存在的问题, 找到对应的解决措施, 从根本上提高工程勘察质量。

1 岩土工程勘察方法

1.1 工程地质测绘

地质测绘是一项重要的基础性工作, 通常在开展勘察工作之前进行。通过地质测绘, 可以准确地掌握场地的基本情况。可先结合实际要求初步制订设计方案, 为后续勘察和测量工作奠定良好的基础。

1.2 勘探与取样

勘探主要包含物探、钻探和坑探三种常见方法, 主要用于准确了解地下的地质状况, 另外, 也可以充分利用样品来完成土质的原位测试与监测等工作。

1.3 原位测试与室内试验

原位测试与室内试验通常借助具体的勘探项目完成, 这是细致勘察工作的重要阶段, 目的在于准确分析研究对象的各项技术参数, 比如物性指标、土质强度参数、抗渗透能力和具体的应变时间。

1.4 现场检验与监测

现场检验与监测是工程勘察过程中的主要内容, 其中, 现场检验是指对先前勘察结果的验证与检查, 而监测主要是指监督整个勘察过程, 找到潜在的问题并妥善解决, 从而确保勘察质量。

2 岩土工程勘察过程中存在的问题

2.1 岩土勘察的体制不够健全

如今, 国内的工程勘察体制依然延续前苏联所提出的传统模式, 工程勘察设计阶段与施工阶段几乎不存在任何联系, 加之当今项目的种类不断增多, 要求越来越高, 使得具体勘察工作的范围持续变窄, 但是技术手段却没有加强, 很难发挥出最佳的作用。此外, 勘察单位的水平参差不齐, 市场缺乏完善的介入标准。许多没有任何勘察资质的单位浑水摸鱼, 影响了工程勘察领域的可靠性。另外, 市场严重缺乏约束力, 有些单位贪图一己私利, 伪造图章, 勘察结果与实际情况存在很大的差距, 根本无法发挥出指导的作用。目前, 市场上还没有一种成熟的勘察人员工作资格考核体系, 许多勘察人员不具备专业的技能, 而且勘察单位也不具备对这些人员进行培训的能力, 所以由这些单位和人员得出的勘察结果往往存在较大的漏洞, 为设计与施工带来了不小的麻烦。

2.2 技术水平落后

由于国家对勘察单位的管理不够全面, 所以市场上有很多单位的技术水平仍然较为落后, 对应的勘察设备和技术人员更是极度缺乏, 根本无法起到基本的带动作用。这些问题制约了勘察市场的进一步发展。许多单位由于经济运作出现问题, 无法引进勘察所需的先进装备, 而且对于原有设备也无法进行定期的检修与校正。勘察单位严重缺乏与时俱进的意识, 几十年如一日地完成勘察任务, 不仅技术水平低下, 而且即使出现了问题, 也没有能力对其进行改善, 所以单位会陷入一种恶性循环, 久而久之, 势必会走向灭亡。如果勘察单位无法在短时间内购置全新的装备, 并创新技术, 就无法保证可持续发展, 几乎所有的精力都会被当前的任务所牵制, 加上技术和设备的限制, 尽管全身心投入, 但取得的效果也是不尽如人意的。换言之, 勘察单位可能无法准确定位潜在的危险, 一旦发生意外, 造成的经济损失远比更新技术与设备的成本要大, 因此, 孰重孰轻, 相关单位还需作出权衡。

2.3 报告不够规范

如今, 国内众多勘察单位的经营形式还较为守旧, 所以所得出的勘察报告与规范化报告之间还存在一定的差距。许多勘察报告主要定性地分析了施工场地的基本结构, 而没有对其进行定量分析, 并且许多报告都来源于勘察人员的主观臆断, 缺乏相应的客观依据, 甚至还有一些勘察结果隐藏了地质情况当中较为不好的部分。除此之外, 结合报告内容所提出的建议往往也只是局限的、片面的, 无法对工程施工带来任何帮助。因此, 只有采取相应的措施, 使勘察报告足够规范, 才能使取得的成果发挥出重要的作用, 确保工程施工的顺利完成。

3 岩土工程勘察的质量控制措施

3.1 构建健全的岩土勘察体系

政府应切实加强市场的管控力度, 建立一个专业的认定机构, 提高工程勘察工作的专业水平, 确保勘察工作的质量。勘察单位需要定期对技术人员进行培训, 通过考核, 淘汰那些浑水摸鱼的人员, 从而节省资源, 使其发挥出最佳效果。与此同时, 将附近地区的勘察工作作为基本内容, 为项目施工提供服务。勘察单位需认识到勘察工作对工程项目建设的重要作用, 在任何一个环节, 都需进行准确的勘察, 以便更好地应对施工过程中发生的问题。

3.2 提高岩土勘察水平

单位应广泛学习国内外成功案例与先进科学技术, 尽可能地引用新兴科技, 并定期对现有的设备进行检修与校准;积极开展人员培训活动, 使他们熟练应用先进技术和设备, 从而在保证勘察质量的基础上, 提高工作效率, 缩减时间与经济投入, 提高工程的经济效益。

3.3 加强管理力度

应在勘察单位建立一个对应的管理机构, 从而对勘察的各个过程进行全面的监督和管理, 严格把控各个勘察环节, 防止问题的发生。勘察单位应该结合自身的能力和勘察水平接受任务, 切勿贪图高额利润, 接受超过自身能力范围的勘察任务, 如果缺乏完善的硬件设备与水平, 是无法得到准确的勘察信息的。同时, 监管机构还需监督勘察结果与报告。报告应该客观地分析地质情况, 对建设项目具有一定的指导作用。

3.4 测绘、化验项目和成果总结

岩土工程勘察中的测绘过程是极为重要和关键的, 测绘结果影响着岩土勘察工作的质量, 是勘察成果中最基本的资料。化验项目是对勘察成果进行定量和定性分析不可或缺的技术手段, 是岩土工程勘察中需要高度重视的工作内容。勘察之后, 需要总结勘察成果。岩土工程勘察报告编写是采用资料整理、信息汇总和综合分析等方式明确的综合性评价内容, 报告内容涉及面比较广, 而且勘察的成果也会对工程的后期施工产生影响, 所以必须引起勘察单位的高度重视。

4 结束语

工程勘察是建设项目开展过程中的重要一环, 是项目的基础。通过分析和研究勘察过程中存在的问题, 找到对应的处理方法, 从而有效提高勘察质量, 促进我国城市化进程的快速发展。

参考文献

[1]王佳玉.近10年我国建筑工程中岩土工程勘察对建筑的影响分析[J].湖北现代职业技术学院, 2012 (11) :119-124.

[2]汪苏泷.浅议我岩土工程勘察中存在的问题[J].浙江电子商务学院, 2012 (14) :132-135.

[3]李明珠.如何强化我国工程岩土工程勘察[J].江苏职业技术学院, 2012 (08) :129-136.

[4]赵华强.建筑工程中岩土工程勘察的重要性及开展策略[J].海南职业技术学院, 2013 (01) :119-121.

[5]陈朝忠.岩土勘察中的质量问题及土工试验中的质量控制[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2012 (24) :156-159.

[6]崔宝宪.浅谈提高岩土工程勘察质量控制的做法[J].中国科技信息, 2013 (19) :38-43.

岩土控制变形分析法 篇2

1 概况

1.1 基本情况

山西阳泉市为小山坡地势,鑫裕名都工程位于阳泉市宁波路与大连路交叉路口,地下3层,地上26层,建筑面积4.2万平方米,框架剪力墙结构,基础埋深-13.8 m,开挖深度-14.2 m,基坑开挖东西向长81 m,南北宽37 m,南邻大连路,西邻宁波路,东邻公园绿化带,北邻中学一层学校礼堂等原有建筑,详见图1。

1.2 工程地质情况(表1)

该地基综合评价为不均匀地基,砂岩坡度为稳定地质,西段开挖深度到持力层砂岩,为天然地基。破碎砂岩最厚约11 m,由西向东递减,东段开挖深度未达持力层,约有5 m不等厚度地基需采用人工挖土灌注桩,灌注桩至持力层砂岩,为人工地基。基础形式西段采用筏板基础,东段局部采用灌注桩筏板基础。

1.3 护坡的形式

基坑土层部分开挖坡度0.15,采用土钉墙加钢筋网喷锚支护,土钉水平间距1.2 m,排距2.0 m,土钉杆体为Φ48 mm壁厚3.5mm的钢管,长12 m,倾角15°,由空压机直接顶管后注浆,面层厚80 mm,喷射混凝土C20,面层设Φ6@250双向钢筋网,钢筋网片采用的加强筋Φ16与土钉端部采用附加钢筋可靠焊接。

岩层部分垂直开挖,采用钢筋土钉喷锚支护。坡面打入Φ16钢筋,长约1.0 m,水平间距为2.5 m,垂直间距为2.0 m,三角形布置,面层做法同上。

南、北、东侧均设两排长度为18 m,水平间距为1.2 m的锚杆,锚杆杆体采用2束15.2 mm钢绞线。锚杆锚固长度12 m,自由段长6 m。钻孔直径120 mm,入射角15°,采用二次灌浆工艺,锚杆预应力所顶荷点均为200 kN。

1.4 工期要求

该工程在进入冬期前开工,要求在元旦前完成地下三层结构的施工,工期为100 d;基坑开挖控制工期为60 d。

2 进度控制的难点

1)整个基坑开挖形成后,周边西侧有6 m的场地,东侧为3 m场地,南北侧均不足3 m,场地非常狭小。施工场地及挖机退出口问题显得特别重要。

2)基坑地质的不均匀性,东西段控制开挖进度的主要工序存在差异,同时东西段基础的形式的不同直接影响阶段性工期。

3)塔吊位置的布置及安装时间将直接影响各工序的施工工期。

4)基坑开挖过程中出现一些特殊情况,存在影响工期的风险。

5)总包单位、护坡专业分包单位、岩土开挖专业分包单位的组织协调,人员、材料、机械也是影响工期的重要因素。

3 进度控制措施

1)施工组织管理的落实及施工方案的可行性是基坑开挖进度控制的首要条件。该工程成立以总包单位项目经理为首的基坑开挖项目管理机构,明确专业分包单位的负责人,明确阶段性目标,责任到人,各司其职。编制了岩土深基坑的开挖方案,对组织管理机构、施工场地安排、开挖顺序、放坡形式、开挖进度质量安全控制措施、塔吊安装及挖机退出口等问题进行全面考虑,方案经公司的审批,专家组评审通过。

2)与业主协调征用基坑南侧人行道及非机动车道作为临时施工场地,且在塔吊服务区,有利提高效率。基坑西侧增加6 m宽的挖机退出口坡道,这样能解坑基人工清理的土方量,对提高施工进度较为有利。

3)由于基坑地质的不均匀性,基坑开挖采用分段开挖的方法,东段开挖由东向西45 m范围,含塔吊基础部分。基坑深度方向分7层开挖,每层采用钢管土钉墙喷锚支护的工期为2 d,设锚杆的两层,锚杆施工2 d,技术间歇7 d,总计工期为26 d。西段基坑深度方向也分7层开挖,采用钢筋土钉喷锚支护,局部设锚杆两层同上,其它5层含破岩、运土每层2d,总计工期为26 d。

4)塔吊基础钢筋、模板等提前加工,待基坑开挖到底标高,即开始塔吊基础施工,待混凝土试块达到强度立即安装、调试验收,才能确保后继工序施工的进度。

5)东段未到砂岩部分由设计院提出方案,采用人工挖土钢筋混凝土灌注桩,深度小于5 m不等至砂岩层,柱径为0.8 m、1.0 m两种,共计14根。控制工期15 d。采用这种方案技术上可行,施工方便,特别是对进度控制极为有利。

4 综合效果分析

1)岩土深基坑的开挖,特别是不均匀性明显的岩土深基坑,应充分考虑开挖顺序。该工程先开挖东段,以便东段进行地基处理。基坑人工清土和验槽计4 d,东段实际工期为45 d,提前15 d进入垫层筏板的施工。至西段开挖完成实际工期为56 d,提前4 d进入垫层筏板的施工。这样既保证了岩土深基坑开挖阶段性控制工期的要求,又能提前15 d进入东段筏板基础施工,保证了筏板基础连续施工,达到同时浇筑筏板基础的效果。分段开挖使得垫层筏基的施工提前15 d开始,为主体施工赢得了时间,减少了主体冬施的费用。

2)基坑开挖在西端增设挖机退场坡道,虽增加了一定的土方量,但减少了基坑余土的人工清运量,对加快开挖进度极为有利。同时保护了周边环境和道路下边的管线的安全,避免挖机退出口设在坑外将影响市政管线,必然增加开挖工期的不利因素和费用。

3)征用人行道及非机动车道作为临时施工场地,为基坑开挖进度控制提供了保证条件。塔吊基础安排在东段开挖范围,为塔吊及早安装使用提供了条件。塔吊覆盖临时施工场地和整个基坑,解决了进度控制中垂直水平运输的问题,为加快进度和提高效率成为可能。实践证明,我们充分考虑以上影响进度的因素是正确合理和经济的。

5 结束语

某深基坑工程变形控制数值分析 篇3

基坑工程是集岩土工程和结构工程等专业于一体的系统工程, 涉及土方开挖、支护、防水、降水、监测和信息化施工等作为一个系统。位于城市中心区的基坑, 周围遍布交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物, 基坑的开挖不仅受到周边道路、建筑、管线等的限制, 施工过程还需要保护其周边道路、建筑、管线等的安全使用。因此城市中心区的基坑, 在土方开挖前进行模拟分析, 计算其支护条件与变形数值显得尤为重要。本文以某工程为例, 基于FLAC3D数值分析软件, 进行了施工全过程中土体水平、竖向位移, 支护桩位移, 支撑轴力的数值模拟计算, 并与实际开挖检测结果进行对比。

1工程概况

该工程地上18层, 设3层地下室, 基坑四周均紧贴用地红线。基坑周边大量的电缆沟、污水管等, 最近的市政设施距基坑边仅1.6 m。深基坑开挖深度为14.50 m。采用一排钻孔灌注桩结合二道钢筋混凝土内支撑的围护形式, 支撑平面布置如图1所示。

2模型建立与分析

基坑的几何形状近似于长方形。为方便分析, 将基坑简化为长方形。建立的模型包括工程土体、支护桩、内支撑以及周边环境设施等。建模的基坑尺寸为124×66 m, 计算模型范围在基坑尺寸的基础上向外扩展3倍的基坑开挖深度。由于工程所在地的基岩埋深较浅, 所以在深度方向上取60 m。选取最不利的长边的中部进行建模分析。土体采用摩尔-库伦Mohr-Column本构模型, 围护桩和内支撑采用梁单元。有限元模型的边界条件为:上部地表为自由边界, 沿x轴方向的两个侧面约束模型的水平方向位移, 模型的底边界约束模型的竖向位移。岩土参数参照本工程岩土工程勘察报告、邻近工程的经验和有关资料。土的重度取有效重度, 简化后的土体和结构参数见表1～2, 计算分析步骤与工况划分见表3。模型计算简图如图2, 建成后的模型如图3。

以工况五为例, 施工地下室负3层顶板, 拆除第2层内支撑, 基坑长边中部土体最大水平位移约35.3 mm。土体竖向位移最大沉降量为21 mm。第一道支撑轴力为261 t, 支护桩最大水平位移约为27 mm。

3分析结果与现场实测值比较

3.1支护结构最大水平位移

实测结果长边中部支护桩顶位移为最大。根据结果可以看出, 数值模拟结果和实测结果从趋势上和数值一致, 即开挖阶段支护结构位移增长较快, 自从地下室底板施工以后, 位移变化较小。

3.2内支撑轴力

由图可见, 数值模拟结果和监测值吻合的较好, 对于第一道支撑, 随着各工况的进展, 监测结果和数值分析表明, 支撑轴力都在不断增大。对于第二道支撑, 由于地下室底板的施工, 使第二道支撑轴力减小。

4结论

数值分析得到的桩顶部位移与长边中部支撑轴力与实测结果基本吻合, 分布规律基本一致, 验证了该数值分析模型可以较为准确地模拟基坑在施工全过程中的受力情况。有利于基坑工程进行更合理的设计和更有效的监测。

参考文献

[1]谢康和, 周健.岩土工程有限元分析理论与应用[M].北京:科学技术出版社, 2002.

[2]余建霖, 黄晓南.基坑工程变形性状研究[J].土木工程学报, 2002, 35 (8) :86-90.

[3]杨宝珠, 仲晓梅.基于FLAC-3D的深基坑开挖过程数值分析[J].河北工程大学学报:自然科学版, 2004 (3) :15-18.

深基坑开挖变形与控制技术分析 篇4

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.

岩土控制变形分析法 篇5

由于GPS测量具有精度高、速度快、效益好的特点, 因此, 工程测量基础控制网 (尤其是首级控制网) 建立的首选就是测地型GPS, 且随着RTK技术的不断成熟发展, GPS在工程测量领域的应用会更加广泛。

工程控制网的建立, 往往需要利用GPS接收机联测国家控制网网点, 然后与新布测的测量控制网点组网进行约束平差。 国家坐标系一般按3°或6°分带, 按高斯投影将边长投影到椭球面和高斯平面上进行平差计算。 与国家已知网点联测计算过程中, 存在不同程度的投影变形, 致使GPS点间由坐标反算的边长 (或图纸距离) 与利用全站仪实测距离之间存在差异, 给后续的工程施工放样带来极大的不便, 工程测量规范对这一变形有明确要求:不能大于2.5cm/km, 因此, 合理处理投影变形是GPS用于工程测量必须解决的问题。

2 投影变形原因

国家坐标系中的边长是先将观测边长 (平距) 投影至参考椭球面, 然后再投影到高斯平面上的边长, 两次投影产生两次投影变形。

地面观测边长归算到参考椭球面时的长度为:

参考椭球面上边长投影归算到高斯平面上的长度为:

式中:Hm为控制点平均高程;RA为测距边方向参考椭球面的曲率半径;Ym为观测边两端点的横坐标自然值平均数;Rm为参考椭球面在测距边中点的平均曲率半径。

将距离从较高的高程面换算至较低的椭球面时, 长度总是减小的, 而将椭球面上的距离投影换算至高斯平面时, 长度总是增加的, 如果两种变形绝对值大小相近或相等, 那产生总的变形就为零或可以忽略不计, 这也是变形处理最终的目的所在。

3 投影变形几种常用处理方法

3.1 常规处理法

在数据处理时, 如果已知点为国家参心大地坐标系高斯平面坐标, 且偏离中央子午线较远, 为控制投影变形, 通常做法为:先将已知点换带计算, 换带后的中央子午线最好为测区平均子午线, 然后以换带后的坐标值为条件进行约束平差, 这样解算的坐标成果变形较小, 对后续工程使用带来方便。

方法简单, 效果较好, 但其不足突出表现在:换带后横坐标变化大, 对一些线性工程而言不利于与其他图纸成果对接;再如建立桥梁时, 也会因变形导致控制网与连接线路坐标系统不一致带来施工上的不便。

3.2 尺度约束法

尺度约束法的思路就是控制已知点间的尺度, 达到控制整个网变形的目的。 该方法技术路线为:

以两个已知点坐标反算两点间的坐标方位角, 然后以其中一个点坐标值 (XaYa) 、反算方位角、全站仪实测的已知点间的边长为条件反算另外一个已知点的坐标值 (X′aY′b) , 此时以 (XaYb) , (X′aY′b) 作为约束平差的起算条件, 即可达到消除变形的目的。

此法成果虽不是标准国家坐标成果, 但同一点坐标较差小, 方便工程设计和施工。

3.3 比例缩方法

比例缩放的原理是基于测区中心一个网点, 将投影高程面抬高到测区平均高程面, 人为将参考椭球面放大, 形成新的椭球。 然后将测区网点的国家坐标系坐标基于中心网点进行比例缩放, 变换为测区独立坐标系坐标。

计算过程为:首先将高斯坐标反算到参考椭球面上;其次将参考椭球面上的边长反投影到平均高程面上;再次将平均高程面上的坐标投影到新的椭球面上, 最后将新椭球面上的边长投影到高斯平面上。

由 (1) 、 (2) 式反推比例系数的公式为:

式中:Hi为控制网点的高程;HP为基于测区中心点的平均高程:Ym为控制网点与测区中心点横坐标自然值的平均值;Rm为参考椭球在测区中心点的平均曲率半径, Rn=Rm+Hp, 为测区中心点的新椭球平均曲率半径。 矿区控制网一般范围较小, 相对于R而言, (Hi+Hp) /2≈Hp, (Hi-Hp) /2≈0, 为计算方便, 忽略每条边中点高出平均高程面的高度, 缩放系数的公式可缩写为:

从公式 (3) 中可以看到, 每个点的横坐标不同, 其缩放系数也不同。 根据缩放系数计算矿区独立坐标系坐标的公式为:

此法的方便指出在于:利用软件将网点的国家坐标系计算出来后, 可利用Excel强大的计算功能很容易实现坐标转换, 实现控制变形的目的。 此法也是本文重点介绍并通过实例检验的方法。

4 投影变形处理算例

以笔者参加的某矿区控制网测量为实例, 利用方法3 进行转换验算。 该矿区属偏远山区, 地势较高, 海拔2600~3300m, 高差700m, 控制网点甲方前期已埋设, 基本位于山脊或山头, 周围地势开阔。 D级网点观测完成后, 按照要求分别在1954 北京坐标系和1980 西安坐标两套坐标系统下进行投影, 得出两套平面坐标。 变形处理计算时, 基于测区中心点的平面高程面采用2800m, 以控制网点GPS20为中心进行缩放计算。为检验转换精度, 甲方还利用全站仪对其中的六条边长进行了检验比较。 其结果符合精度要求, 满足该工程控制网的设计要求, 见表1。

图1 为1954 北京坐标系坐标未投影变形处理时反算坐标与实测边长较差曲线图, 可以看到边长差值最小也大于30cm, 误差较大, 不能满足工程建设的需要。

图2 为变形处理后的坐标反算边长与实测边长较差, 从图中可以看到, 采用方法3 比例缩放法转换后的坐标反算边长与全站仪实测距离较差改善明显, 两种边长吻合较好, 能够满足工程建设的需要。

5 结束语

GPS用于工程测量的目的是获取满足工程建设需要的观测点坐标。 选定测区某一中心点, 选定测区平均高程面, 利用比例缩放, 解决投影过程产生的变形问题, 通过实例发现, 此方法简单易懂, 而且充分强大了Excel的计算功能, 免去了利用专业工具编程的麻烦。 利用此方法能够顺利迅速完成投影变形处理, 满足工程建设的需要。 但需要注意, 此方法求解的坐标与其他坐标存在一定的间隙, 工程项目的辅助设施与外部衔接时应引起注意。

参考文献

[1]李晓红.GPS控制测量边长投影变形的数据处理方法[J].广西水利水电, 72-74.

[2]陶东奎.GPS工程控制网投影变形的处理[J].三晋测绘.2004 (2) :44-46.

[3]焦殿阳, 智喜如.投影于测区平均高程面上坐标计算公式推导[J].测绘与空间地理信息.2013 (11) :197-199.

[4]崔文刚.山区GPS工程控制网投影变形处理方法的探讨[J].煤炭技术, 2010 (3) :225-228.

岩土控制变形分析法 篇6

1松散破碎围岩地质因素影响分析

中林井田处于萍—乐沉降带中部的西段,在南昌—清江红盆地的北缘,蒙山褶皱束的南侧。华夏系构造是区域主导构造。-240 m南大巷由于开掘时间较长,围岩破碎严重,两帮移近量大,巷道底鼓严重,原有支护方式很难奏效,返修率极高。巷道围岩主要为砂岩和泥岩,性质较软且较脆,抗压和抗拉能力弱,遇水易膨胀,且该巷道位于F2上盘分界线与下盘分界线之间,加之F2逆断层为大落差断层,-240 m南大巷受F2断层引起的复杂构造应力影响严重,故巷道围岩破碎严重,支护极为困难。

2支护对策分析

根据有关研究[1,2,3],处于复杂地质条件下的巷道围岩松散破碎,围岩强度大大降低,承受拉力、压力和切应力的能力大大降低,围岩极不稳定。通过对围岩注浆,使松散破碎的岩石胶结,提高围岩的力学性能,用锚杆配合注浆加固围岩,再辅助以刚性支架给予围岩一定的外力,可提高其承受拉力、压力和切应力的能力,进而提高松散围岩的稳定性。

2.1锚注支护

通过注浆、浆脉充填,压密裂隙空间,使围岩由注浆前的无约束松散状态改变为注浆后的由锚杆、浆脉和围岩共同作用的,具有承受抗压、抗拉、抗剪切、抗扭曲等适应复杂应力、应变状态的支护体,支护体的支护状态成为三拱支护状态[4]。同时,注浆对后续的锚杆、锚索支护非常有利:①为锚杆、锚索提供锚固基础,提高锚固力;②可以保证锚杆、锚索预应力与工作阻力有效扩散到围岩中,提高支护效果[5]。

锚注支护能使围岩破碎区的破碎岩石胶结成整体,整体围岩变形模量E增大。巷道松动圈破碎围岩可以用离层围岩表示,即巷道围岩的破碎可用围岩之间相互离层来简化。①离层后围岩所受最大切应力σ=12Mmax/(bl2);抗弯模量W=bl2 /12。②锚注后的围岩所受最大切应力τ=6Mmax/(bl2);抗弯模量W=bl2 /6。其中,Mmax为围岩所承担最大弯矩;b、l分别为离层围压的宽和高。

由此可见,破碎离层围岩所受的最大切应力为锚注后围岩的2倍,锚注后,围岩抗弯模量为离层后围岩抗弯模量的2倍。

2.2U 型钢可缩性支架支护

根据软岩膨胀性特点设计的U 型钢可缩性支架主要用于膨胀性岩层及断层破碎带的支护。这种支架不仅有可缩性,且有较高的初撑力和支撑能力;作用在支架上的压力与围岩的移近量成反比关系,即在一定条件下使用可缩支架后,支架上的荷载相对减小,且还会有调整,支架的受力状况得到改善。

(1)无支架支护的围岩相当于厚壁筒受外压力P0。

根据岩石力学知识,距离巷道中心为r的任一点处应力:σr=P0(1-a2/r2);σθ=P0(1+a2/r2)。

在巷道周边,即r=a时:σr=0,σθ=2P0。

(2)安放支架后,有内压Pi作用,相当于厚壁筒承受内外力。

根据岩石力学相关知识,在距离中心为r的任一点的应力:σr=P0(1-a2/r2)+Pi(a2/r2);σθ=P0(1+a2/r2)-Pi(a2/r2)。

在巷道周边,即r=a时:σr=Pi,σθ=2P0-Pi。

由此可见,支架支护后,增加了对巷道围岩的支撑力,减缓了巷道的变形,围岩由二向受力状态变为三向受力状态,三向受力状态的围岩强度大大增加。

2.3锚杆支护

通过锚杆的轴向作用力,围岩中一定范围岩体的应力状态由单向(或双向)受压转变为三向受压,从而提高其环向抗压强度,使压缩带既可承受自身所受重力,又可承受一定的外部荷载,使其有效地控制围岩变形。

锚杆的拉应力T=W1sin β/sin(α+β);锚杆的切应力Q=W1sin α/sin(α+β)。其中,W1为被锚固岩石的质量;α,β为锚杆受力三角形模型的内角。

由此可见,锚杆所受的拉应力和切应力与围岩所受锚杆的锚固拉应力和切应力为作用力与反作用力。从中可知,锚杆可以对围岩产生悬吊拉应力,把不稳定的岩层悬吊在坚固岩层上,以阻止围岩的移动滑落。同时,锚杆对围岩产生的拉应力和切应力使巷道围岩受三向应力,提高围岩的强度。

2.4锚喷支护

锚杆不仅可以锚固碎块岩石,以支持岩块自身所受重力,而且被锚固的碎块岩体还可作为承载结构来支承外荷载。当薄层喷射混凝土层和碎块岩体组合形成拱结构时,可以提供比喷层本身大很多倍的承载能力。

3支护方案

通过对松散破碎围岩巷道的变形失稳观测,结合数值模拟及理论研究[6],发现围岩失稳具有较强的时间性和空间性。围岩失稳首先会从顶板、拱肩部和顶板中间等应力集中的部位开始,之后沿着巷道的径向和环向,迅速向周边围岩扩展。根据以上变形特征,将以往允许一定变形的支护方法用于松散破碎围岩巷道,围岩产生一定的变形后,破坏会持续扩展,最终造成巷道破坏。为改变松散破碎围岩难支难稳的状态,提出了锚索网注加U型钢联合支护方案来控制松散破碎围岩的变形和破坏。

(1)对巷道的顶板和两帮进行注浆强化加固。松散破碎巷道岩石岩性既软又脆,岩层破碎十分严重,节理裂隙极其发育,通过注浆可充填裂隙,使松散的围岩结构胶结成整体,提高岩石黏结力和内摩擦角,使岩体强度显著提高。

(2)对巷道的顶板中间、拱肩处进行锚索支护。锚索长度要大于松动范围,锚固位置的岩层远离掘进空间表层,受干扰较少,稳定性好。被锁住的岩层能有效承受负载产生的拉力和剪切力,最大限度地改善巷道集中应力作用区的受力状态。

(3)对掘出的巷道进行锚喷网支护。喷射混凝土能及时封闭围岩和隔离水并充填围岩表层的裂隙。悬挂钢丝网主要用来支承锚杆间的松散破碎围岩,阻止碎块松散岩石掉落;同时,被拉杆拉紧的网还能起到联系各锚杆组成支护整体的作用;在巷道围岩表面喷射水泥砂浆可有效地限制围岩变形的自由发展,调整围岩的应力分布,防止岩体松散坠落。

(4)考虑围岩顶板的挠曲与离层能力较强,若再受一定的采动影响,围岩会发生破坏并伴随有整体下沉。采用U型钢辅助支护,形成围岩的被动支护体系。

锚索网注支护形式能与围岩共同作用形成支护体系,提高和保持围岩的完整性,增强围岩的承载能力,改善围岩的力学性能和受力状态,组成巷道围岩的主动支护体系。锚索网注起主要作用,用来形成围岩的自稳结构,U型钢起辅助支护作用,在一定程度上控制围岩变形并保持围岩的自稳结构,起到防止顶板整体塌落的保护作用,达到联合支护的目的。

4结语

(1)采用主动联合支护形式后,巷道围岩破碎情况得到根本改善,两帮移近量大大减小,返修率也大为降低,保证了巷道长久的安全稳定。

(2)为维持巷道围岩的稳定性,必须优化和改善围岩的力学性能和受力状态,综合利用多种支护方式对松散破碎围岩巷道进行加强支护。

(3)应综合分析各种支护方式的技术经济因素,最终选择性价比较高的支护方式。

参考文献

[1]李俊平,连民杰.矿山岩石力学[M].北京:冶金工业出版社,2011.

[2]蔡美峰,何满朝,刘东燕.岩石力学与工程[M].北京:科学出版社,2004.

[3]钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.

[4]李国富,贾安立,单智勇,等.极软岩巷道锚注支护技术的研究与应用[J].岩石力学与工程学报,2002,21(增2):2574-2578.

[5]康红普,林健,杨景贺,等.松软破碎硐室群围岩应力分布及综合加固技术[J].岩土工程学报,2011,33(5):808-814.

岩土控制变形分析法 篇7

基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全与稳定, 而且要有效地控制基坑系统的变形以保护周围环境。基坑系统变形主要包括:支护结构水平位移、周边地表沉降和坑内土体隆起。影响基坑变形的因素很多, 大体上可以分为3类:设计因素、施工因素和自然土质因素。通过对基坑变形影响因素的分析, 可以从施工方面找到一些控制基坑变形的方法, 防止发生过大的基坑变形及地表沉降。以下结合工程实例, 就基坑变形的施工影响因素进行分析, 并提出相应的控制措施。

1 工程概况

某基坑工程设计总建筑面积为20 000 m2, 其中地下部分分3层, 基坑呈不规则多边形, 开挖面积约9 000 m2, 平均开挖深度13.40 m。基坑施工本着先撑后挖的原则, 分4层进行挖土, 开挖前采用井点降水。基坑围护结构采用地下连续墙及3层钢筋混凝土平面框架支撑体系。地下连续墙厚0.8 m, 深26 m, 按6 m标准分幅。3道钢筋混凝土支撑断面分别为0.8 m×0.8 m、1.2 m×1.0 m、1.2 m×1.0 m。3道支撑的中心标高:第1道为-2.8 m, 第2道为-7.15 m, 第3道为-11.3 m。为保证基坑稳定、控制基坑变形及对邻近公共设施的影响, 连续墙内侧被动区土体采用水泥搅拌加固。主要地层情况为:黄褐色粉质黏土3 m, 容重1.87 g/cm3, 内摩擦角12.5°;灰色淤泥质粉质黏土17 m, 容重1.75 g/cm3, 内摩擦角10°;以下为灰色黏土, 容重1.86 g/cm3, 内摩擦角15.5°。常年地下水位为地面以下1.4～2.7 m, 属潜水类型, 主要补给来源系地表径流。

2 基坑变形的施工影响因素

2.1 开挖深度的影响

基坑分步开挖的计算结果如图1所示。

由图1可以看出, 随着开挖深度的增加, 支护墙的水平位移和正弯矩逐渐增加。其中支护墙的顶端位移在未加支撑时最大, 当第1道支撑施加之后有所减小并保持稳定。另外, 当土体开挖到6 m时, 支护墙出现了最大的负弯矩, 这是因为第1道支撑刚刚加上, 在墙体的变形下轴力迅速增加, 形成了较大的负弯矩;当第2道、第3道支撑加上之后, 第1道支撑轴力有所减小, 负弯矩也随之减小。

2.2 开挖宽度的影响

为了分析基坑宽度对墙体位移的影响, 将基坑开挖宽度分别取为原值的0.5倍、1.0倍和2.0倍进行计算, 其他参数保持不变。第4工况结束时的计算结果见图2。

由图2可见, 当基坑开挖宽度增大时, 墙体水平位移也增大, 同时墙体的弯矩也有比较明显的增大。因此, 在实际工程中, 为了保证墙体的安全, 不应使基坑开挖宽度过大。

2.3 支撑安装时间和基坑暴露时间的影响

软土基坑施工中, 周围土体均达到一定应力, 且有部分区域成为塑性区。软土一般有明显的流变特征, 开挖卸载后还存在固结现象, 在相对稳定的状态下, 土体开挖后会不断变形。因此, 有支撑基坑每级开挖后安装支撑前的无支撑暴露时间和基坑坑底浇注地下室底板前的暴露时间越长, 基坑围护墙侧向变形和墙后地表沉降就越大。该工程在基坑开挖至6 m (第2工况结束) 时, 将第2道支撑分为立即支撑、5 d后支撑和20 d后支撑3种情况进行计算, 结果显示:无支撑暴露时间越长, 支护墙的水平位移越大, 而墙体的弯矩变化不大。

2.4 支撑与开挖顺序的影响

在基坑开挖中, 有“先撑后挖”和“先挖后撑”两种方式。前者墙后土体在约束状态下卸载, 而后者是先卸载再加约束。试验结果表明, 采用“先挖后撑”方式进行开挖时, 支护墙的最大水平位移明显增加, 而墙体的正弯矩有所减小, 负弯矩明显增大。

2.5 基坑空间效应的影响

在基坑深度方向上, 围护结构的最大水平位移发生在基坑底面附近。而在沿基坑边的方向, 位移为拐角处小, 中间大;主动土压力的分布与水平位移呈现出相反的规律, 而被动土压力的规律则又反之。随着基坑长宽比的增大, 围护结构长边的最大水平位移不断增大, 空间效应减弱。当长宽比超过一定值之后, 其最大水平位移已接近于按二维平面应变问题分析的结果。

2.6 其他方面的影响

(1) 挖土机械停在基坑支护结构附近反铲挖土, 使支护结构所承受的荷载大大增加, 并且有较大的动荷载出现, 大大超出了设计计算的安全储备, 会造成支护结构大变形。

(2) 基坑开挖过程中, 挖土机械碰撞支撑系统、锚杆系统及支护桩墙, 造成支撑结构位移甚至破坏。

(3) 挖土速度快且高差过大, 会迅速改变原来土体的平衡状态, 降低了土体的抗剪强度, 软土产生较大的水平位移, 造成基坑滑坡。

(4) 基坑施工期间, 在基坑边缘堆放大量的建筑材料、堆积从基坑中开挖出来的土石, 或在基坑边搭建临时建筑物, 均会对基坑支护结构产生很大的附加压力, 使支护结构大变形。

(5) 相邻基坑同时施工, 一方基坑开挖、另一方基坑打桩, 打桩产生的超静孔隙水压力造成严重的挤土作用, 使相邻基坑的支护桩和工程桩严重移位。

(6) 支撑设施在拆除前未采取换撑措施, 支撑拆除后引起挡土墙 (桩) 较大变形, 甚至失稳破坏。

3 基坑变形的施工控制措施

(1) 合理确定开挖施工的顺序, 严格按照规范的原则进行开挖。

在长条形的深基坑中, 必须按照一定长度分段开挖, 在每一段中再分层, 每层分小段进行开挖和支撑, 随挖随撑, 并将每小段的支撑施工时间限制在一定范围之内。在不规则的大型地下室的基坑施工中, 可采用分层盆式开挖法, 在每一层先挖中间部分并安装或浇注此范围的支撑, 然后将各根支撑两端的土堤分步、对称地挖除, 并立即安装或浇注其间顶住挡墙的部分支撑。

(2) 注意基坑工程的时空效应。

重视时空效应规律不仅可以有效地控制软土深基坑的变形, 而且如果能够严格施工工艺、及时支撑, 以调动未开挖土体的部分承载力, 配以必要的地基加固, 还可以达到节省材料、降低成本的目的。

(3) 保证相邻施工不互相干扰, 基坑周边无超载现象。

采取有效的地下水处理措施, 做好排水、防渗工作, 雨季施工要注意及时排水和排水的方式。

(4) 注重原型观测和信息化施工。

在基坑工程开工后, 对土体和结构的位移、应力、土中孔隙水应力以及相邻建筑物、地下管线的位移都要进行跟踪监测, 将定期监测得到的信息与原来的计算结果相比较, 并反演计算参数, 根据反演参数重新分析计算, 必要时适当修改设计或施工步骤, 然后继续施工和监测。

4 结语