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。     

近铁路基坑通风井段变形特征及其机制分析

针对长春某地下车站深基坑工程,深入研究了基坑开挖过程中近铁路侧通风井段险情的发生过程及其致险机制。通过分析通风井附近桩身水平位移、桩顶水平位移、支撑轴力以及铁路道轨两侧路肩沉降差,探讨了通风井段基坑变形过大的原因;采用ABAQUS有限元软件对该基坑的施工过程进行数值模拟,分析了通风井段基坑施工险情的发生机制。研究结果表明,通风井段基坑变形过大是由岩土体过度应力释放和基坑变形空间效应共同作用导致。由于通风井处阳角的存在,且施工过程中通风井段基坑未架设斜撑,致使该处基坑变形的空间效应显著,坑壁产生指向通风井的扭转变形;开挖速度过快、支撑安装不及时和岩土体中过度应力释放导致围护桩变形过大,使基坑的稳定性变差。     

基坑支护结构中超长混凝土板支撑的温度应力研究

介绍了混凝土支撑轴力计算理论,并将其应用于某大型基坑板支撑轴力监测布置和轴力换算,根据该基坑板支撑轴力、地连墙水平位移和温度监测数据,研究温度变化对超长钢筋混凝土板支撑轴力和围护结构变形的影响,通过两个工况模拟,验证、预测了板支撑轴力和地连墙水平位移随温度的变化规律,并得出如下结论:(1)板支撑轴力与温度的变化趋势相吻合,温度越高时,温度变化对板支撑轴力的影响越显著,日温差对支撑梁轴力的增幅最大可达30%,表明在支护与开挖工况稳定的情况下,温度作用是长板撑支撑梁轴力变化的主要原因;(2)板支撑处地连墙水平位移变化与温度变化具有较好的相关性,但随着深度的增加,温度变化对地连墙水平位移的影响减弱。     

不对称荷载对深基坑围护变形的影响

以某城市轻轨换乘车站基坑为背景,通过现场监测的方法,分析深基坑两侧在不对称荷载作用下围护桩桩身水平位移、桩顶水平位移和钢支撑轴力的变化以及基坑开挖对周边建（构）筑物的影响。找出深基坑围护变形规律,以对类似工程设计施工提供经验指导。分析结果表明：不对称荷载对基坑围护桩桩身水平位移和桩顶水平位移产生的不对称变形作用非常明显,在基坑一侧围护桩仍有较高安全系数的情况下,另一侧已经超限。基坑开挖导致两侧建（构）筑物产生不同的沉降。由于围护桩产生不对称变形,钢支撑的支护效果有所减弱     

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。     

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。     

预应力短锚杆在深基坑工程中的应用

北京市二环内某工程紧邻已有地上17层、地下2层居民住宅楼,最近处相距13.5 m,周边环境复杂,开挖深度14.0 m;17层住宅楼2003年基坑开挖深度10.5 m,采用上部摘帽土钉墙,下部悬臂桩支护;常规基坑支护设计的难题是由于楼间距太小从而导致预应力锚杆长度不足。本工程设计时将常规锚杆拆分成预应力短锚杆,增加锚杆布设密度,改良基坑后岩土体,提高其整体性,限制基坑变形;施工中对坡顶水平位移、沉降、周边楼座沉降、锚杆轴力、深层土体位移分别进行监测。监测数据表明:护坡桩桩身呈现悬臂桩倾斜特征,水平位移最大不超过5 mm,锚杆轴力监测数据小于锁定荷载,其它各项数据均正常;最终基坑成功实施,目前已经回填完毕。本工程可供类似工程借鉴参考。     

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。     

杭州庆春路过江隧道江南工作井监测分析

为了避免基坑工程设计和施工中因没有处理好承压水影响而产生的基坑工程事故,以杭州庆春路过江隧道江南工作井为例,对墙体水平位移、地表沉降、地下水位及混凝土支撑轴力进行监测分析,并提出高承压水控制和防治对策。基坑开挖过程监测数据表明：墙体水平位移与基坑平面尺寸密切相关,可通过加强中部支撑刚度,将大尺寸基坑“分隔”成数个较小的基坑,以控制墙体水平位移;地表沉降最大点发生在距离围护结构0.5倍开挖深度处;止水帷幕结合减压降水的措施,可较好地处理承压水问题,基坑下层开挖施工期间,必须保证抽水井持续降水,非正常断电会影响基坑施工安全;第1道支撑的轴力逐渐变小,甚至有可能出现拉力     

某深基坑支护结构内力与变形研究

以某深基坑支护结构位移与内力监测为依据,并结合计算分析探讨了位移与内力大小的变化规律。实测表明：施加的锚杆预应力有10 %～25 % 的损失,在开挖过程中锚杆轴力增加约10 % 左右。钢支撑的轴力随开挖深度增加而增加,轴力大小、变化与开挖方式、速度及下层支撑的逐一拆除有关;支护桩的变形随桩深、支撑条件变化而变化。基坑顶部的水平位移以坑壁中央最大,靠端部位移较小。总的来说,理论分析与实测结果大体一致,但由于支护结构受力与变形的复杂性及施工的影响,使得理论计算值与实测值存在一定的差异。     

考虑坑壁位移和土压力方向的直撑力学特性

鉴于基坑支护中常见的直撑设计一般都没有考虑基坑位移和土压力的变化,总结了土压力和基坑位移之间非线性关系的研究现状,分析了随坑壁转动时土压力大小和方向的变化规律。在此基础上,推导了直撑轴力和坑壁位移之间、以及直撑纵向变形与坑壁位移之间的数学关系式。结合工程实例,进一步研究了直撑轴力和变形随基坑初始位移、支撑点、土压力作用点、土体与挡土结构间摩擦角等因素变化时的发展变化规律。研究表明,直撑轴力及其变形随基坑位移、支撑点高度、土体与挡土结构之间摩擦角的增加而减小,随土压力作用点高度的增加而增大,与基坑初始位移值基本无关。     

北京某深基坑复合土钉墙支护受力监测及分析

通过对某深基坑开挖及支护过程中土钉钢筋受力、锚索轴力及坡顶水平位移情况进行监测,并通过对土钉拉筋受力特征、锚索轴力特征、坡顶水平位移监测值特征及其相互关系进行系统分析,将其与传统的受力模型进行对比,解析了该基坑在此方面的普遍性与特殊性,为今后类似工程提供借鉴。     

Failure Mechanism of Soil Nail—Prestressed Anchor Composite Retaining Structure

Enhancing the strength of retaining structure with soil nails and prestressed anchors is a new technique that can be used in the excavation of deep foundation pit. Finite element analysis (FEA) based on ABAQUS is presented in this paper to investigate the failure mechanism of such retaining structure. The model used in the FEA is firstly validated by comparing the modelled results with field measurements for a specific case. The model is then extended to investigate the influence of the prestressed anchor on the (1) horizontal deformation of foundation pit and (2) the distribution of axial forces along the soil nails. It is found that the magnitude of anchor force is the key factor governing the performance of the entire retaining system. However, the influence of the prestressed anchor is sensitive to the rigidity of the concrete surface layer of the retaining structure. Based on the results of the modelling, the failure mechanism of soil nail—prestressed anchor composite retaining structure is discussed.     

大面积基坑多级支护理论与工程应用实践

大面积基坑采用常规钢筋混凝土水平支撑时,其水平支撑造价高、施工工期长,且拆除后会产生大量固体废弃物。发展了系统的大面积基坑多级支护方法,对其破坏机制和设计方法开展了研究。当围护结构内侧的反压土宽度不足够大时,采用多级支护取代宽度较大的反压土,可有效控制基坑围护结构变形。当两级支护之间宽度较小时,多级支护的工作机制和破坏机制近似于异形重力式挡土墙,可产生整体式破坏（包括整体倾覆、整体失稳等）;而随着多级支护之间的宽度增大,土体的破坏面可进入多级支护的围护桩之间的土体,并使多级支护桩的破坏产生相互关联的影响;当多级支护的宽度足够大时,多级支护可产生各自独立的破坏。工程应用实践表明,条件适当时,多级无支撑支护可取得较好的经济效益并节省地下工程工期。     

深基坑地连墙支护体系协调变形规律试验研究

深基坑地连墙支护体系中局部应力集中问题,以及施工过程中的实际变形与设计值之间往往存在较大差异造成施工风险。通过设计模型试验,采用可伸缩的内支撑体系来解决上述问题。研究了内支撑体系、地连墙和墙后土体之间的协调变形特性;得出了内支撑的轴力、墙后水平土压力、基坑周围地表位移、地连墙的最大变形量等随支撑体系调节方式的变化规律;提出了地连墙支护体系协调变形智能调节方法。研究发现,相同的位移控制条件下,上部支撑伸缩引起的轴力变化量最大,底部支撑伸缩次之,4道支撑同时伸缩时影响最小;但是,支撑伸缩的位置越深,对地表竖向位移的影响范围越大,4道支撑同时伸缩对地表位移的影响范围和幅度大于单独伸缩某一道内支撑;支撑伸长可明显减小地连墙水平位移,但是会导致支撑轴力急剧增大。结果表明,实际工程中并非基坑水平位移控制越严格,支护体系就越安全,而是应合理控制内支撑伸缩长度,加强支撑轴力和位移监测。     

微型桩与帷幕的不同位置对复合土钉墙力学性状的影响分析

基坑工程中微型桩和止水帷幕的复合土钉墙是常用支护结构型式之一。在支护结构设计和施工时布置微型桩与帷幕的位置具有随意性,普遍忽视微型桩在帷幕内外不同位置对于支护结构力学性状的影响。依托济南某基坑工程,通过现场测试和数值模拟的对比分析,获得微型桩在帷幕内外两种位置条件下支护结构位移、土钉内力等变形及受力特征。分析结果表明,微型桩的位置不影响支护结构变形和内力的总体趋势;无坡顶荷载时,微型桩位置不同产生的差别不大;存在坡顶荷载时微型桩位于帷幕内侧时支护结构变形较小,土钉受力更合理,建议实际工程优先采用。     

黄河冲积平原深基坑施工变形黏弹塑性分析

黄河冲积平原地区基坑深度范围内典型土层为黏土和粉质黏土,具有明显的流变特征,在该类土层中进行深基坑施工支护结构变形和内力值具有显著的时间效应,为掌握各控制指标的变化趋势有必要开发相应的土体黏弹塑性本构模型。根据济南市省会文化艺术中心深基坑土样室内试验数据,构造二阶非线性牛顿体黏弹塑性模型,并建立黏弹塑性模型参数与室内土样试验数据之间的数学关系。通过建立黏弹塑性增量形式的本构模型,并进行FLAC二次开发,分析深基坑施工支护结构侧向位移、弯矩,锚索内力随时间的变化,模型精度经验证符合工程分析需要。实例分析表明,支护结构侧向变形随时间变化逐渐增大,且前期发展较快,后期变形趋于稳定。与之相反,支护结构弯矩和锚索内力的变化则呈现出先增大后小幅降低至稳定的特点。     

软土地基坑中坑支护体系温度效应的数值分析

环境温度变化导致基坑支护结构内支撑轴力和变形过大的问题不容忽视。本文以福州地铁6号线潘墩站坑中坑工程为例,选取该基坑代表性区段采用ABAQUS程序及邓肯-张模型对其开挖和支护全过程进行三维有限元模拟,并将分析结果与现场部分监测数据进行对比,验证了所建模型及其材料参数取值的可靠性。同时,利用所建模型着重分析当地可能的季节或昼夜温差变化幅度内支撑轴力及围护墙水平位移的变化规律。结果表明：基坑开挖完成后,温度变化时支撑轴力与温度呈线性相关关系,轴力变化主要体现在内外坑的首道支撑上,此时围护结构整体向坑内或坑外运动,且地连墙侧移受温度影响范围主要集中在基坑开挖深度以上。不同开挖阶段的温度变化引起的温度效应相差较大,潘墩站最不利工况发生在最后一道支撑架设完毕后,此时地连墙水平位移增量及轴力变化幅度最大,温度效应最明显。该研究成果对类似软土基坑工程具有重要的理论和实践意义。     

软土地区深基坑围护结构综合刚度研究

为了预测地铁深基坑开挖阶段围护结构的变形特性,从围护结构综合刚度的角度研究了软土地区地铁深基坑的围护结构设计方法。鉴于Clough综合刚度模型存在诸多缺陷,提出了新的MVSS综合刚度模型,其包含了围护墙（桩）刚度、基坑深度、支撑刚度、支撑水平及竖向间距、地基加固等多个变量,反映了基坑围护结构的整体属性。从有限元计算及地铁基坑实测变形等角度验证了MVSS综合刚度合理性,并建立了地铁深基坑围护结构侧向变形与基坑围护综合刚度之间的函数算式。该算式为基坑围护结构的变形预测提供了新的思路与方法。基坑围护结构最大侧向变形与基坑MVSS综合刚度呈递减函数关系,但当其MVSS综合刚度增大至一定程度后,其继续增大对基坑围护结构变形的进一步控制效果甚微。