基坑开挖对涉支护结构下穿盾构隧道变形的三维模拟与影响规律研究

依托某大厦基坑支护工程项目,研究深厚软土地层中基坑开挖对涉支护结构下穿盾构隧道变形的影响规律。采用三维有限元数值模拟分析隧道顶部支护桩的长度对支护结构变形和隧道隆起的影响,并将数值模拟结果与现场监测结果进行对比。结果表明：深厚软土地层中基坑开挖对下穿盾构隧道产生了较大的隆起变形;因下穿隧道的影响,隧道顶部支护桩嵌固深度的减小对支护结构的变形和下穿隧道的隆起会产生重要影响,当支护桩底与隧道顶的竖向间距S＞4 m或支护桩边缘与隧道边缘的水平间距S1＞4 m 时,支护桩的踢脚位移和下穿隧道的隆起变形迅速增加。研究成果可为类似工程提供应用参考和理论支撑。     

考虑时空效应软土地区深基坑开挖变形分析

以天津软土地区某深基坑工程为背景,对基坑开挖过程中不同工况下支护桩深层水平位移、支护桩竖向位移、周边建筑竖向位移、周边地表竖向位移的现场监测数据进行归纳总结,分析其变化规律,对其所受到的时空效应的影响进行研究,研究结果表明:基坑开挖施工对支护桩及周边环境具有显著的时空效应影响,位移主要发生在土方开挖阶段,尤其是土方开挖阶段第三步,位移增量较大,变化速率较快,在基坑底板施工完成后,位移逐渐趋于稳定;支护桩深层水平位移呈现出"鼓肚"状变化趋势,位移最大值出现在开挖面附近;周边地表位移最大值点出现在距离基坑边6 m(即0.51H)位置处,位移变化曲线呈盆状,至基坑地下结构施工完成时,最大位移出现在DB2-3监测点,位移值为-22.7 mm,约为0.19H%;提出建议在基坑南侧和西侧采用桩锚支护结构取代原设计支护形式的优化措施,研究成果可为类似工程提供参考。     

土钉基坑支护的空间效应研究

利用三维弹塑性模型研究了土钉基坑支护的空间效应,着重对深基坑工程中的阴角、阳角及分段分层开挖等问题进行了计算分析。结果表明,基坑的阴角能大大降低基坑位移和土钉轴力,其影响范围大于开挖深度,直立开挖面的阴角效应比放坡开挖面时的要大;阳角处的位移及土钉轴力明显增大,其影响范围延伸至3倍基坑开挖深度;分段分层开挖支护能充分利用土钉支护的空间效应,其影响范围接近于基坑开挖深度。     

悬臂排桩支护结构空间变形分析

以矩形基坑悬臂排桩支护结构为研究对象,通过分析现场实测数据和数值计算,归纳出了冠梁和支护桩的空间变形模式,建立了整个支护系统的能量表达式。利用最小势能原理,推导了基坑中部桩顶最大位移的解析解,分析了各主要支护参数对该位移的影响。研究结果表明,桩顶最大位移随坡顶超载和桩间距的增大基本呈线性增大趋势;当嵌固深度系数逐渐增大时,桩顶最大位移也逐渐增大,但趋势渐缓;基坑长度对其影响也较大,当基坑长度超过一定数值后,最大位移值趋于稳定。最后利用所得的研究成果对某基坑进行了验证,并与现场实测结果进行了对比,计算结果能够满足工程要求。     

黄土高边坡土钉-预加固桩复合支护体系性状分析

土钉-预加固桩复合支护技术已在基坑及边坡工程中取得了大量应用,但在黄土高边坡开挖中的应用相对较少。基于详细的现场监测数据并辅以有限元数值计算,分析了边坡开挖过程中支护体系受力及变形随时间和空间的变化规律。结果表明：预加固桩的水平位移随着时间的推移与开挖深度的增加呈增大趋势,并最终趋于稳定,同时,桩身剪力及弯矩亦随开挖的进行而不断增大;剪力最大值的位置不断下移,说明边坡的潜在滑动面有不断向下扩展的趋势。与深基坑支护桩的土压力分布相比,土钉-预加固桩复合支护体系中桩后土压力随开挖呈不断减小的趋势,但桩前土压力随着开挖深度的增加,有增有减。随着施工开挖深度的增加,土钉所测得的应力有着明显的增大,说明土钉对抑制坡体变形起到了一定作用。在预加固桩的影响下,桩上方坡体的最危险破裂面为圆弧状,其剪出口位于预加固桩桩顶处。开挖深度较浅时,土钉对整体稳定性的贡献较大,而随着开挖深度的变大,预加固桩的加固效果开始占主导地位。     

基于最小势能原理的桩锚支护结构空间变形分析

以矩形基坑桩锚支护结构为研究对象,通过分析现场实测数据和数值分析结果,归纳出了冠梁和支护桩的空间变形模式,进而建立了整个支护系统的能量表达式。利用最小势能原理,推导了支护桩桩顶最大位移的解析解,并分析了各主要支护参数对该位移的影响。研究结果表明：桩顶最大位移随着坡顶超载和桩间距的增大而线性增大,但随着锚杆刚度的增大而减小;当基坑深度系数逐渐增大时,桩顶最大位移也逐渐增大,但趋势渐缓;基坑长度对桩顶最大位移的影响也较大,但当其超过临界长度后,桩顶最大位移逼近最大值;同样,锚杆安设也具有临界高度,当处于该位置时,桩顶最大位移达到最小值。最后,利用上述研究成果对广州太平广场花园基坑进行了验证,并与现场监测结果作了对比,计算结果能够满足工程要求。     

某邻地铁超大直径圆环撑软土深基坑变形特性分析

以深圳都市茗荟花园(二期)基坑为工程背景,对超大直径圆环撑软土深基坑支护桩侧向变形、地面沉降、支撑轴力等监测数据进行了分析,分析了基坑变形的时空分布特征,探讨了基坑变形与开挖深度、软土厚度的关系,得出下列结论:(1)支护结构的最大变形随着基坑开挖深度的增加而逐步增大,基坑开挖至坑底后,整体变形最大位置位于基坑两侧长边中部采用圆环支撑部位。(2)咬合桩+刚度较大的超大直径环形钢筋砼撑结构应用于软土深基坑中在变形控制及减小基坑工程对周边变形影响等方面均非常有效。(3)随着基坑向下不断开挖,三种方式所反映出的支护结构的最大水平位移量均逐渐增加,但变化幅度有一定的差异。     

超期服役基坑的监测及数值分析

在工程建设期间,经常会出现由于设计调整、土地转让、建设方资金不足等情况,造成支护结构超期服役现象,从而增加工程风险,但是对其进行数值模拟分析目前比较少见。结合实际工程算例,运用有限元软件MIDAS,选择合理的本构模型,对基坑的支护结构进行了数值模拟。结果表明:基坑最终水平位移最大值出现在第2道锚杆处,且随着拉力减小,基坑的水平位移有所增大;基坑地表沉降和坑底隆起随着开挖深度增加而增大;锚杆轴力随着基坑开挖深度增大,轴力衰减范围为9%~37%,且轴力减小后衰减依然比较明显;数值结果与实测结果趋势相吻合,表明超期服役的基坑工程应引起必要的重视。     

双排挤扩支护桩试验研究

介绍了一种新型基坑支护桩--双排挤扩桩,探讨了双排挤扩支护桩的挤密效应、受力机制、工作特性和计算方法。土工模型试验和数值模拟试验表明,双排挤扩支护桩受力体系近似于一种特殊类型的多层框架结构。与双排悬臂支护直桩相比较,双排挤扩支护桩的空间刚度大幅度增加,结构受力合理,桩顶位移减小,桩体弯矩正负交替分布,弯矩最大值减小,嵌固深度减小,支护高度增加,桩体材料得到全面利用。双排挤扩支护桩有着明显的技术优势,可降低风险,为深基坑工程提供了一种更加合理的新型支护手段。     

地铁车站深基坑桩锚支护结构内力试验研究

为研究深大复杂基坑桩锚支护结构内力演化规律和受荷特性,以总面积约为16×104 m2、最大开挖深度为26 m的基坑工程为依托,在支护桩和锚杆钢筋上预埋钢筋计,分别对基坑开挖过程中和桩头侧向加载、不同工况锚杆拉拔过程中桩的内力和锚杆内力进行监测。结果表明：（1）随着基坑的开挖,悬臂阶段3根支护桩外侧桩身应力呈拉-压-拉变化,内侧桩身应力呈压-拉变化;同一测点钢筋应力逐渐增大,最大值位置略微下移,应力零点出现的位置随桩长的不同而不同。单支点阶段随着基坑暴露时间的增加,外露桩身应力增大,桩身钢筋应力峰值出现在开挖面附近区域,嵌固段桩身应力变化复杂且应力零点比悬臂阶段出现的早。两支点阶段桩身钢筋应力变化更复杂,主要受基坑开挖时间和预应力锚杆的张拉锁定等因素的影响。（2）支护桩、锚杆支护结构设计需考虑其最大允许变形量;满足锚固长度临界值要求后,自由段越长,锚固效果越好,锚固段越短越经济。（3）在未施加拉力和不同拉力作用过程中,锚杆受力发生重分布,与以往土质或岩质基坑认识不同。（4）锚杆侧摩阻力中性点和潜在滑移面的出现与移动是一致的,可用于确定基坑潜在滑移面位置和锚杆临界长度。     

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。     

武汉市宝通寺地铁站基坑工程监测与分析

介绍了武汉市轨道交通二号线一期工程第20标段宝通寺地铁车站基坑工程的支护设计和监测方案,并对监测结果中基坑周围岩土体侧向水平位移和内支撑轴力进行了初步分析。监测结果表明：土层和岩层在基坑开挖过程中的侧向水平变形程度相差较大,且不同状态的土层侧向水平变形程度亦不相同;由于土层相对于岩层侧向变形较大,其支护时所表现出来的内支撑轴力亦比较大。因此,对于不同地层,进行基坑支护方案选择时应根据其不同变形性质进行合理的优化设计,对土层和岩层可采取不同的支护形式,以到达既安全又经济的目的。     

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。     

Adina在基坑支护结构稳定分析中的应用

开挖后的基坑,桩后土体有向坑内移动的趋势,对基坑本身以及周围建筑物将产生不利影响,因此选择合适的支护方案是确保工程安全顺利进行的关键。本文以北京某深基坑工程实例为基础,采用单排钻孔灌注桩加冠梁、锚杆支护形式,通过现场原位测试获得土体的各项物理力学参数,应用Adina大型有限元分析软件对该工程的基坑开挖过程进行模拟分析,得到不同开挖深度下支护桩的水平位移分布规律,通过与实测数据进行对比,分析说明采用Adina软件模拟的可行性和可靠性,并通过改变影响支护结构变形的因素,分析说明在不同情况下随着基坑开挖深度的变化支护结构的变形情况。     

深基坑开挖过程及空间效应影响的数值模拟

结合工程实例,利用FLAC3D有限差分法分析软件对某双排桩深基坑的开挖和支护过程进行模拟,分析了开挖过程中土体位移场的变化规律。研究表明,支护结构和土体的空间受力性状、土与支护结构之间的相互作用以及施工开挖过程等均会对支护结构的受力状态和变形特性产生显著影响。此外,还讨论了双排桩之间土体刚度的变化对位移和沉降的影响,表明适当地增加两排桩之间土体的刚度能有效地减小基坑外侧土体的位移。     

逆作基坑开挖卸荷对工程结构的影响分析

以天津站交通枢纽深基坑工程为背景,基于开挖实测资料和数值模拟计算结果对比,对超深逆作基坑开挖卸荷引起的立柱桩隆沉、地下连续墙变形和层板变形进行了分析。结果表明,随着基坑的开挖,立柱桩与地连墙在竖直方向有一定隆起,中间柱的隆起量总体偏大;立柱桩间、立柱桩与地连墙间的差异变形随开挖的加深而持续增加,后者超过了设计控制预警值。地连墙水平位移沿深度呈近似的“弓形”曲线,坑口处有向坑外的侧移;水平位移最大值较顺作开挖小,出现的位置约为基坑开挖面以上1/2~1/3坑深处,与顺作法发生在基底开挖面附近有显著不同。水平层板竖向变形以隆起为主,最大竖向隆起出现在顶板中间区域的支撑柱附近。与此同时,文中还讨论了桩柱变形设计控制标准问题。     

深基坑大直径圆环梁水平支撑体系的优化设计与工程实践

通过福建医科大学附属协和医院外科病房综合楼基坑支护方案的分析对比，提出采用制动桁架作为深基坑大直径圆环梁水平支撑体系，受力合理、刚度大、变形小，利于控制围护桩位移、方便土方开挖及地下室施工。     

非等长双排桩在武汉地区基坑工程中的应用

以武汉仁恒公园世纪深基坑支护项目为研究背景,通过设置前长后短非等长双排桩进行基坑支护,并利用天汉设计软件对该项目的某一个支护段进行设计计算分析。结果表明：该支护段的前后排桩的最大位移为37.9 mm,在地面以下1.0 m处（即桩顶）,被动区弹性抗力安全系数为3.90。而本项目基坑预警控制指标为支护结构水平位移≤40 mm,能够满足设计监测要求,为以后非等长双排桩在基坑中的应用提供参考借鉴。     

基于影像源法的基坑开挖对邻近单桩影响简化分析

邻近建筑物进行基坑开挖会使桩基产生附加变形和内力,降低其承载能力,如果桩基变形过大会威胁到上部结构的安全。针对该领域目前存在的三维有限元数值模拟法建模复杂且计算耗时的现状,同时为了充分利用基坑围护位移较易通过现场监测技术获取的优势,提出了基于影像源法的基坑开挖引起邻近单桩变形影响的两阶段简化分析方法。同时,引入了Kerr地基模型,并针对Winkler地基模型进行改进,弥补了Winkler地基不能考虑土体连续性的缺陷。在第1阶段基于影像源法,由基坑围护变形计算基坑开挖引起的土体水平自由场位移;第2阶段分别基于Winkler和Kerr地基模型,将土体自由场位移施加于桩基,建立桩基在被动位移扰动下的微分控制方程,得到基坑开挖对邻近桩基影响的简化解析解,包括基坑开挖引起桩基的水平位移、弯矩和剪力等。将计算结果与既有理论结果、监测数据以及三维有限元数值模拟结果进行对比,取得了较好的一致性,其中基于Kerr地基模型的简化解比基于Winkler地基模型的简化解更为精确。该简化方法可为有效分析基坑开挖对邻近桩基的变形影响提供一定理论依据。     

富水粉土基坑装配式可回收支护开挖响应分析

装配式可回收支护结构为地下空间开发提供了一种经济安全、功能协同、可持续发展的新型绿色支护体系。以郑州市某顶管工作井基坑为背景,基于相似比理论开展了缩尺基坑模型试验,并采用ABAQUS建立能够区分支护系统中刚性构件与柔性构件变形差异的三维流固耦合模型,研究降水开挖过程中支护结构受力和变形特性,分析了降水和开挖对基坑变形发展的影响规律。研究表明：降水开挖过程中,支护结构受力及变形整体均小于设计值,但是钢面板在与支撑连接的位置易出现局部屈服现象;支护结构水平位移增量模式随降水施工和开挖施工的情况不同而差异较大,随着基坑降水开挖的进行,影响支护结构变形的主要因素由基坑降水逐渐向基坑开挖转变;基坑降水对地表沉降的影响较基坑开挖更大,第1级降水期间地表沉降快速增长,沉降增量占比最大达44.6%。