软土深开挖致地铁车站基坑及邻近建筑变形特性研究

为了更深入地了解软土深开挖引起地铁车站深基坑工程围护结构及邻近建筑的变形特性,结合深厚软黏土地区某个地铁车站深基坑工程进行了系统性监测及结果分析。结果分析表明:地连墙成槽会引起邻近土体侧向位移,最大土体侧向位移值占基坑开挖期间土体侧向位移值20%左右;土体开挖期间南侧(桩基础建筑一侧)、北侧(浅基础建筑一侧)围护结构邻近土体最大侧向位移平均值分别为0.091%H_e和0.120%H_e;y/H_e值(y为垂直连续墙方向上与连续墙的距离,H_e为开挖深度)小于0.92时,基坑开挖引起土体沉降值及沉降差较大;地表变形与浅基础变形较为接近,桩基础建筑变形值明显小于浅基础建筑变形值且嵌岩桩基础建筑变形值最小;邻近浅基础建筑及桩基础建筑均受到空间效应影响,在x/H_e值(x为平行连续墙方向上与端部的距离)小于1.5时,空间效应较为明显,x/H_e值大于2.0时,邻近建筑及围护结构邻近土体变形接近平面应变状态。     

软土深开挖致地铁车站基坑及邻近建筑变形特性研究

为了更深入的了解软土深开挖引起地铁车站深基坑工程围护结构及邻近建筑的变形特性,结合深厚软黏土地区某个地铁车站深基坑工程进行了系统性监测及结果分析。结果分析表明:地连墙成槽会引起邻近土体侧向位移,最大土体侧向位移值占基坑开挖期间土体侧向位移值20%左右;土体开挖期间南侧(桩基础建筑一侧)、北侧(浅基础建筑一侧)围护结构邻近土体最大侧向位移平均值分别为0.091%H_e和0.120%H_e;y/H_e值(y,垂直连续墙方向上与连续墙的距离,H_e,开挖深度)小于0.92时,基坑开挖引起土体沉降值及沉降差较大;地表变形与浅基础变形较为接近,桩基础建筑变形值明显小于浅基础建筑变形值且嵌岩桩基础建筑变形值最小;邻近浅基础建筑及桩基础建筑均受到“空间效应”影响,在x/H_e值(x,平行连续墙方向上与端部的距离)小于1.5时“空间效应”较为明显,x/H_e值大于2.0时邻近建筑及围护结构邻近土体变形接近平面应变状态。     

软土深开挖致地铁车站基坑及邻近建筑变形特性研究

为了更深入的了解软土深开挖引起地铁车站深基坑工程围护结构及邻近建筑的变形特性,结合深厚软黏土地区某个地铁车站深基坑工程进行了系统性监测及结果分析。结果分析表明:地连墙成槽会引起邻近土体侧向位移,最大土体侧向位移值占基坑开挖期间土体侧向位移值20%左右;土体开挖期间南侧(桩基础建筑一侧)、北侧(浅基础建筑一侧)围护结构邻近土体最大侧向位移平均值分别为0.091%H_e和0.120%H_e;y/H_e值(y,垂直连续墙方向上与连续墙的距离,H_e,开挖深度)小于0.92时,基坑开挖引起土体沉降值及沉降差较大;地表变形与浅基础变形较为接近,桩基础建筑变形值明显小于浅基础建筑变形值且嵌岩桩基础建筑变形值最小;邻近浅基础建筑及桩基础建筑均受到“空间效应”影响,在x/H_e值(x,平行连续墙方向上与端部的距离)小于1.5时“空间效应”较为明显,x/H_e值大于2.0时邻近建筑及围护结构邻近土体变形接近平面应变状态。     

特殊类型基坑变形性状二维有限元分析

不同开挖宽度与深度比条件下基坑围护结构与周围土体的变形特性将发生变化。采用二维有限元方法分析了不同开挖宽度与深度比（L/D）条件下无支撑悬臂开挖基坑的变形性状,详细探讨了开挖宽度与深度比对地表沉降、地表水平位移、坑底隆起、坑底水平位移及围护结构侧向变形的影响。计算结果表明：在基坑开挖深度不变的条件下,地表沉降量、坑底隆起量及坑底水平位移量均随L/D的增加呈非线性增长,开始增长迅速,当L/D达一定值后,数值几乎不再变化;地表水平位移量随L/D的增加先减小后增大;围护结构侧向变形随L/D的增加逐步由顶端内倾型过渡到整体向坑内移动的顶端外倾型。L/D越大,围护结构的整体侧向位移越大。     

基坑全过程开挖及邻近地铁隧道变形实测分析

根据邻近已运营地铁隧道的基坑工程监测数据,对基坑开挖全阶段施工过程的深层土体侧向位移与邻近地铁隧道变形之间的规律展开研究,探讨基坑开挖的施工危险节点与重点影响区域。研究发现,基坑开挖前期围护结构施工和降水均对地层和邻近地铁产生了不容忽视的初始位移影响,围护结构长时间无支撑暴露是基坑侧移快速增长的危险时段;基坑开挖具有空间效应,中部侧向变形要大于边角,且单向开挖易造成后挖区土体的位移场和应力场叠加,引起邻近隧道的最大变形向后挖区偏移;基坑开挖深度与邻近地铁埋深相近时,隧道结构产生显著的水平位移和“横鸭蛋”式收敛变形,竖向位移波动不大;深层土体侧移曲线表现为“阶梯鼓肚形”,土体最大水平位移与隧道变形在小范围内呈线性关系,但随着侧移量的增大,隧道变形发生偏离拟合曲线的超线性增长,在工程中应值得关注。     

SMW工法支护条件下基坑工程监测试验分析

徐州某基坑工程开挖深度约9.0 m,选择6层褐黄-灰褐色黏土作为持力层。为分析SMW工法施工中对工程周边建筑物的影响情况,结合基坑工程特点,选择周边建筑物的沉降、围护结构顶部水平位移和垂直位移、周边地表竖向位移、支撑(立柱)沉/隆监测、围护结构内力、深层水平位移等主项目进行了监测。结果表明:各测点最大沉降差为10.43 mm,对于长度为50 m的建筑物其倾斜率为0.000 2;桩顶水平位最大水平位移为21 mm;最小为14mm,且逐渐趋于稳定;基坑9~16 m土体变形较小且基本保持稳定,开挖时最大位移变化率为0.71 mm/d,最大位移与最大位移速率均小于设计要求的40 mm和3 mm/d。监测分析得到的规律和结论对徐州地区SMW工法的运用提供参考,具有一定的实用价值。     

基于土体小应变本构模型的TRD工法成墙试验数值模拟

等厚度水泥土搅拌墙技术即TRD工法,近年来在深基坑工程中得到了广泛应用。以上海国际金融中心基坑工程开展的0.7 m厚、8 m宽、56.7 m深TRD成墙试验为背景,采用有限元方法,并基于土体小应变本构模型对其成墙过程进行了模拟,得到了土体侧向位移和地表沉降曲线,并与实测数据进行了对比。结果表明,距离墙体5 m处两者的土体侧向位移曲线基本一致,而距离墙体1.4 m处的土体侧向位移在深度大于20 m后的计算结果较实测值偏小;地表沉降在靠近墙体处最大,随着距墙体的距离增大而逐渐减小。最后分析了成墙深度对地表沉降和土体侧向变形的影响,结果表明,深度越深,引起的土体侧向变形和地表沉降也越大。通过不同成墙深度引起的地表沉降归一化曲线可看出,TRD成墙引起的最大地表沉降约为0.05%H（H为成墙深度）,沉降影响区域约为1.8H。     

承压水位变动下深大基坑空间效应离心试验与数值模拟

基坑工程是典型的三维空间问题,只有在一定条件下才能简化为平面应变问题。针对基坑工程的空间效应问题,首先采用离心模型试验建立基坑工程三维模型,分析承压水位变动条件下基坑变形规律;然后,进一步开展三维数值模拟,与离心模型试验结果进行对比验证,并开展基坑长度、开挖深度、承压水位高度和基坑面积等因素对基坑三维空间效应的影响研究。研究表明：三维基坑离心模型试验监测得到基坑中部和角部断面处的地连墙水平位移以及基坑外侧地表沉降,验证了角隅效应,且承压水位上升时角隅效应更显著;影响因素分析表明,长江I级阶地中当基坑长度大于6倍开挖深度时,基坑中间断面基本为平面应变状态;随开挖深度逐渐增大时平面应变比显著增大,而当深度大于25 m时增大速率减缓;承压水位升高时角隅效应更显著,承压水位超出地表3 m时平面应变比为0.46。该研究成果为长江I阶地典型二元结构地层深大基坑的设计和施工提供依据。     

加劲桩配合工法桩在软土基坑中的支护效果评价

以嘉兴晶辉广场深基坑工程为背景,研究了旋喷加劲桩在软土深基坑中的支护效果。结合监测数据,利用FLAC 3D有限差分软件,对旋喷加劲桩配合SMW工法桩(劲性水泥土搅拌桩)这种组合结构在基坑各个开挖工况下的受力情况以及深层土体水平位移变化情况进行模拟计算。结果表明:深层土体水平位移曲线呈"鼓肚状",最大水平位移安全合理,位于基坑开挖底面以上1m~2m处;SMW工法桩所受剪力随开挖深度的加深而增大;三排加劲桩所受拉力呈现为越接近基坑开挖底面越大的规律。模拟结果与实际监测结果基本一致,且均在安全范围内。说明旋喷加劲桩在软土基坑中的支护效果较好,此次模型的建立较合理,为今后类似基坑工程的设计计算提供了参考。     

基坑开挖及桩基施工对围护结构变形的影响分析

以北京通州某深基坑工程为例，分析基坑开挖卸荷、基坑锚杆施工、基底CFG桩和抗拔桩施工对基坑围护结构和周边环境的影响。结果表明：基坑围护结构及基坑周边地表随着基坑的开挖、围护锚索和基坑内工程桩的施工出现典型的先上浮后沉降的趋势，应力重新分布现象明显。具体表现为基坑开挖卸荷初期引发围护结构及基坑周边地表上浮，随着基坑开挖深度的增加，在基坑侧向位移和基坑锚索竖向分力作用下，围护结构及基坑周边地表开始下沉；在基坑槽底施工CFG桩和抗拔桩削弱了护坡桩嵌固区被动土压力，基坑降水导致土体有效应力增加，产生附加固结沉降，在基坑地下水渗流的联合作用下，围护结构及基坑周边地表呈现二次加速下沉；基坑开挖和基础桩施工对桩顶水平位移和锚索轴力影响较小。根据分析结果，建议类似基坑增加嵌固深度、调整被动土压力区打桩顺序，将有利于围护结构及基坑周边环境变形控制。     

软土地区采用灌注桩围护的深基坑变形性状研究

根据上海软土地区80个钻孔灌注桩围护的深基坑工程案例有关数据,系统地分析了基坑开挖引致的灌注桩变形性状。所有基坑的灌注桩最大侧向位移介于0.1 %～1.0 %倍的开挖深度之间,平均值为开挖深度的0.44 %。钢筋混凝土支撑和钢支撑在控制墙体的变形上没有明显差别,最大侧向位移一般位于开挖面上下5 m的范围内。无量纲化最大侧向位移随着支撑系统刚度的增大而减小,随着墙底以上软土层厚度的增加而增大,但与灌注桩插入比及坑底抗隆起稳定系数之间并无明显的关系。墙顶侧向位移随着首道支撑位置深度的增加而呈现出指数增长的趋势,而灌注桩最大侧向位移与首道支撑的深度位置无明显关系。     

带多阳角的综合管廊垂直交叉节点深基坑的坑角效应分析

坑角效应是基坑空间效应的重要体现形式之一,但目前对带多阳角深基坑的坑角效应还缺乏具体且深入的研究。以海南滨海软土地区两垂直相交的综合管廊狭长深基坑工程为依托,利用Plaxis 3D建立了两种典型施工模式下带多阳角的综合管廊交叉节点深基坑开挖的三维数值模型,对由开挖引起的地表沉降、支护结构变形以及支撑轴力等开展了细致的对比分析,并着重探讨了坑角效应对其分布形态的影响。计算结果表明:在两种典型施工模式下,综合管廊狭长深基坑的地表最大沉降变化区间约为0.11%H_e~0.67%H_e,且支护结构的最大侧向变形与开挖深度之间的上下限值分别为0.25% H_e、1.35%H_e。整体而言,在完全对称的施工模式Ⅱ下,基坑周围土体的地表最大沉降和支护结构的侧向变形均低于施工模式Ⅰ的计算结果;但在施工模式Ⅱ下,基坑开挖过程中在阳角的两个临空面方向均表现为显著的坑角效应,而在施工模式Ⅰ下,仅在阳角形成之后的单一方向上表现为明显的坑角效应。坑角效应的影响范围约为2倍的开挖深度,在坑角效应的影响范围内,基坑周围土体的地表沉降、支护结构的侧向变形以及支撑轴力均较坑角效应影响范围以外的计算结果显著降低。研究认为,若在带多阳角的综合管廊交叉节点处的深基坑设计中合理考虑坑角效应的影响范围及其发挥程度,可在一定程度上降低工程成本。     

考虑隧道降水和开挖施工过程的三维地面沉降模拟

明挖法是隧道施工中常用的一种方法,但其降水和开挖施工不可避免地会引起周围地面沉降。为了防止隧道施工对周围环境及建筑物产生严重的不良影响,地面沉降控制是检验施工支护设计合理性的关键。隧道施工造成地面沉降的主要原因有降水、开挖和支护作业,以往研究大多集中于单一因素的影响分析,为使分析结果更接近于工程实际,需将三者综合考虑,从全过程的角度进行三维模拟计算。为此,结合无锡市某湖底隧道建设,利用ABAQUS 有限元分析软件建立了三维模型,选取具有不同开挖围护结构方案的两个代表性区段,对隧道降水和开挖施工引起周围土体的位移和地面沉降进行模拟研究,模拟中考虑了止水帷幕、挡土墙和桩基础的施工,降水施工,以及开挖和支撑施工等,模拟结果与现场实测数据进行了对比验证,模拟结果表明：（1）随着与基坑距离的增加,土体从隆起逐渐转变为沉降继而再逐渐减小,开挖施工和降水施工对最终地面沉降量的占比分别为30%~40% 和60%~70%;（2）采用钻孔灌注桩围护的直立开挖段产生的地面沉降要大于同样深度的放坡开挖段;（3）桩基础有助于控制地面沉降。     

既有桩基荷载对邻近浅埋隧道开挖效应及支护内力影响的研究

建立了包括地层模型、桩基荷载模型、浅埋隧道开挖模型和支护模型以及桩基荷载、地层压力、地层沉降、支护应变量测装置的平面应变模型试验系统;通过模型试验,研究了不同水平、竖向相对位置处的既有桩基荷载对附近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力的影响特征。另外,采用FLAC3D软件,对模型试验及不同工况进行了数值模拟。结果表明：（1）与没有桩基荷载的自由地层中的隧道开挖试验相比较,地层中的既有桩基荷载会明显地改变邻近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力;（2）对于桩径和水平相对距离都相同,但桩长不同的桩基荷载,桩长与隧道埋深比值为1.0时,对隧道开挖效应影响最大,二者比值小于1.0时,其影响程度随着比值的减小而减小,二者比值大于1.0时,桩长的改变对隧道开挖效应影响较小;（3）对于桩径和桩长都相同的桩基荷载,对地层压力、地层沉降及支护内力的影响随桩基荷载与隧道的水平距离的减小而增大,桩基荷载距隧道的水平距离与隧道直径比值介于0.5～4.0时,桩基荷载对隧道开挖效应影响较大,隧道较危险,比值介于4.0～6.0时,影响较小,比值＞6.0时,影响可以忽略不计。     

桩锚直径等对水泥土桩锚墙支护影响

土体采用双曲硬化模型,水泥土桩墙和水泥土桩锚采用弹塑性模型,计算分析了水泥土桩锚直径和长度对水泥土桩锚墙支护结构的影响。计算结果显示,在计算条件下,桩锚直径大于400 mm时,桩锚在饱和软黏土中的置换、占位、加筋效果明显,控制墙顶水平位移和墙后土体沉降效果显著,桩锚直径小于200 mm时,将失去置换、占位、加筋作用,从而降低对墙后土体的主动加固效果。桩锚长度达到开挖深度的1.6倍时,能有效控制墙顶水平位移以及墙后土体沉降,桩锚长度超过1.6倍开挖深度以后,控制水平位移和墙后土体沉降的效果不明显。经与同一基坑的监测数据对比,计算值与实测值重复性好、规律性好。     

连拱式组合拱结构在深基坑工程中的应用

钻孔灌注桩连拱式组合拱结构是由大直径的钢筋混凝土钻孔灌注桩（拱脚支持桩）和小直径钻孔灌注桩排列呈拱型组合成一个组合截面,将水土压力产生的弯矩和剪力转化为沿拱轴方向的轴向压力,不仅受力合理,而且,有更好的截面效能,刚度和强度也比相同质量的桩（墙）式结构大得多,顶部用钢筋混凝土圈梁连接成整体,在不加撑锚条件下比桩墙式结构能支护更深的基坑,如开挖深度较大,可沿深度方向适当距离增加钢筋混凝土加劲肋,是一种新的支护结构型式,经济效益非常显著。通过在南京某大厦深基坑支护中的应用和土体开挖过程中,对其侧向土压力、桩身应力、支护结构的侧向位移及外侧土体的变形的实测研究,获得了连拱支护结构在软土地区受力和变形的基本规律。     

Study on Deformation Characteristics of Deep Foundation Excavation in Soft-Soil and the Response of Different Retaining Configurations

In recent years, many researchers have considered the mechanical characteristics of deep foundation excavation in soft-soil. The analysis of these deep excavations requires consideration of an uncertain, nonlinear, dynamic and complicated system, and involves consideration of soil strength, stability, deformation, fluid flow and interaction of soil and different retaining configurations. It is difficult to describe such a nonlinear system using traditional analysis. Therefore, in order to accurately describe the mechanical behavior of a representative deep excavation of the subway station, in this case, 3-Dimensional geotechnical numerical analysis method using FLAC3D software was applied. Using this tool, a study considering earth pressure, soil deformation and settlement was carried out. Furthermore, the response of different retaining configurations was deeply investigated. Triaxial cement mixing piles were considered as a way to optimize deformation of the deep excavation and reduce settlement of the ground surface and the railway embankment. The analysis indicated that the deeper the foundation excavation was, the larger the surface settlement and the smaller the earth pressure. The analysis also considered the mechanical effect of varying the wall thickness and the wall depth on the structure‘s deformation characteristics. The simulations indicated that a wall thickness of less than 1.4 m effectively reduced wall horizontal displacement, ground surface settlement and uneven settlement of railway embankment. While a variable wall embedded depth that was less than 52 m also changed the settlement of the excavation deformation and the ground surface. Therefore, the numerical results can agree with the practical project to imply that numerical method in the paper is applicable and reliable, which provides a new thought to research on deep excavation in soft-soil.     

运用ANSYS对板桩墙支护模型的计算分析

运用ANSYS弹塑性有限元应用软件,对深基坑支护工程的板桩墙支护体系模型进行了分析探讨,得到了悬臂板桩墙支护模型的土体位移等值线图、主动土压力云图、墙土接触处的裂缝深度、不同土体材料的沉降影响区域半径。并求证了拉锚式支护结构的锚固力F对控制支护土体变形的有利影响。计算结果表明,ANSYS有限元程序将在深基坑支护工程的设计、施工中提供有效依据。     

土体水平位移对邻近既有桩基承载性状影响分析

城市建设中经常会遇到由于堆载或基坑开挖所引起的土体水平位移现象,土体水平位移的作用会使邻近建筑物的桩基础产生附加内力或变形,并可能导致邻近桩基的破坏而发生工程事故。针对此类问题,基于Winkler地基模型以及桩-土变形协调条件,建立单桩水平位移控制方程,根据内力与位移的微分关系,采用两阶段方法进行求解。结合典型的工程事故,通过参数分析,研究土体水平位移对邻近桩基承载性状的影响程度。分析表明,基坑工程围护墙体的稳定和开挖深度对邻近桩基的安全有着重要影响,并提出了近期发生在上海的某小高层楼房整体倒覆事故的一种可能原因。