基坑的尺寸效应及考虑开挖宽度的抗隆起稳定安全系数计算方法

相比于宽基坑,狭窄基坑具有更好的稳定性和更小的变形,表现出明显的尺寸效应,相同挖深时窄基坑围护结构的入土深度可适当减小。目前设计采用的基坑稳定性分析方法基本上都没有考虑开挖宽度对安全系数的影响,导致狭窄基坑设计偏于保守。为保证窄基坑滑裂面也能够形成,通过移动滑动圆弧圆心方法,使滑裂圆弧通过围护墙底和基坑底与对侧围护墙的交点,以该滑裂面计算的抗隆起稳定安全系数 值可以考虑基坑宽度的影响。基于该理念,根据宽窄不同,把基坑分为不同种类,分别对应不同的Ks值计算方法。该方法可以在基坑足够宽时过渡到现有规范方法,保证与既有规范的统一,在狭窄基坑时, 。计算分析表明,在基坑设计时忽视尺寸效应,片面强调插入比是不科学的。由于仍然采用传统的抗隆起稳定安全系数的滑裂面形式,计算方法没有过大变化,适合在基坑设计和施工中推广应用,文中方法为狭窄基坑减小围护插入深度提供了理论依据。     

考虑渗流与变形耦合作用的基坑工程空间效应

基于三维比奥固结理论,编制了考虑地下水渗流与土骨架变形耦合效应的有限元程序,分析了基坑变形以及坑内外超静孔压和土水势的空间分布规律,并与二维分析的结果进行了对比。研究表明,由于空间效应的影响,基坑中部截面处的围护结构水平位移和坑后地表沉降较基坑边缘截面处的围护结构水平位移和坑后地表沉降大,而基坑中部截面处的超静孔压和土水势却较小;与三维有限元分析的结果相比,二维分析时围护结构的水平位移和坑后地表沉降都更大。     

粉砂地基深基坑工程土体渗透破坏机理及其影响研究

在砂土和粉土地区,渗透破坏是威胁基坑稳定性和周围环境的主要因素。基坑工程是由土、水以及围护结构组成的一个复杂系统,影响基坑工程渗透破坏的因素很多。在总结前人对土体渗透破坏与基坑工程渗透破坏模式的研究基础上,结合渗流对土体性质影响的试验成果,提出了考虑渗流、开挖卸荷以及围护结构变形共同作用的基坑工程渗透破坏分析方法,并分析了均质地基基坑工程的渗透破坏模式。将该方法运用于某粉砂地基基坑渗透破坏工程实例,通过有限元数值模拟,揭示了渗透破坏过程及其对围护结构的影响。通过对该基坑工程实例的分析认为,在进行基坑工程设计时不仅需要进行防止流砂、管涌等验算,还需考虑基坑工程整体破坏的可能性。     

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。     

狭窄基坑平动模式刚性挡墙被动土压力分析

对于地铁车站、地下管道沟槽等狭窄基坑,其被动区土体宽度有限,不满足半无限体的假定,采用经典的库仑、朗肯土压力理论计算挡墙被动土压力是不合适的。首先建立了无黏性土中狭窄基坑刚性挡墙的有限元分析模型,研究了挡墙相对平移时不同宽度土体的被动滑裂面的分布规律;借鉴库仑平面土楔假定,建立了狭窄基坑刚性平动挡墙被动土压力的理论计算模型,推导了被动极限状态下滑裂面倾角及被动土压力系数的解析公式;再采用水平薄层单元法,得到了被动土压力分布、土压力合力作用点高度的理论公式。结合算例,深入研究了这种工程背景下挡墙被动滑裂面倾角的影响因素,以及被动土压力合力、土压力分布及合力作用点位置与经典库仑土压力理论的差别,与数值计算结果的对比验证了该理论方法的合理性。研究发现,当被动区土体宽度小于满足半无限体的临界值、且墙土摩擦角大于0时,被动滑裂面倾角大于传统库仑被动滑裂面倾角,被动土压力大于经典库仑解,合力作用点高度则小于库仑解,且基坑越窄,墙土摩擦角越大,其差别越大。     

环形超深基坑围护结构受力变形特性分析

结合上海世博500 kV变电站超深基坑实际工程,采用平面应变及轴对称弹性地基有限元分析模型对基坑围护结构的空间效应进行简化,分析了环形基坑空间效应、内衬墙以及水土压力模式对围护结构受力变形特性的影响,并与实测结果进行比较。结果表明,环形基坑围护结构的空间效应对其受力变形特性影响很大,在计算过程中必须考虑围护结构环向刚度对径向刚度的贡献;内衬墙作用类似于环形支撑,对地下连续墙受力及变形是有利的;地下连续墙水平位移实测值最接近于侧压力系数1.0的轴对称有限元分析结果;地下连续墙环向应力和弯矩实测值位于按规范水土分算与侧压力系数1.0的轴对称有限元计算结果之间。     

砂土地层中考虑基坑施工效应的柔性挡墙主动土压力研究

以基坑施工过程中柔性挡墙墙后主动土压力为研究对象,假定柔性围护结构最大变形位于开挖面处,墙后滑面为通过墙趾的平面,推导出考虑基坑开挖及支护的墙后滑面倾角一般表达式。采用水平层析法,研究墙体内凸型变形时的主动土压力分布、主动土压力合力及其作用点。研究表明,理论结果与实测结果规律一致,大小相近;随着基坑开挖深度的增加,滑面倾角减小,基坑开挖对周边环境的影响范围增大,土压力合力增大,对合力作用点位置的影响较小;当基坑开挖深度减小时土体内摩擦角和墙土间摩擦角增大时主动土压力非线性分布更加明显,主动土压力合力减小,合力作用点距墙趾的距离增大。     

考虑土体硬化的基坑开挖性状及隆起稳定性分析

基坑开挖过程中,土体应力路径、卸载回弹再压缩特性与简单加载或卸载不同,采用常规的理想弹塑性模型模拟基坑开挖,得到的围护墙位移、坑内土体回弹以及坑外沉降较大。分析了基坑开挖不同区域土体的性状,采用土体硬化模型模拟基坑开挖的卸载与土体硬化行为,结合工程算例,对比土体硬化模型和理想弹塑性模拟以及实测的围护结构土压力、围护墙水平位移和坑外土体沉降,并利用强度折减法分析基坑的稳定性。计算结果表明,考虑土体硬化的HS模型有限元方法能体现土体卸载再加载与开挖的特性,所得土压力、围护结构水平位移以及基坑抗隆起稳定性符合软土地区基坑工程的实践。     

复合材料土钉受力机制及数值分析

介绍了复合材料土钉的特点：高比强、可设计性、廉价性、环保性等,并制作了直径为21 mm的杆体,进行了抗拉试验,总结了拉挤杆体的一些特性;并用有限元对钢筋土钉、复合材料土钉和预应力复合材料土钉3种支护基坑的变形与破坏进行了对比分析,结果表明：(1) 复合材料支护基坑的变形与钢筋土钉、预应力复合材料土钉支护基坑的变形区别很大;(2) 在深度小于10 m的基坑,预应力复合材料土钉与钢筋土钉支护基坑的变形接近。(3) 3种支护方式的基坑沉降位移的区别不大。     

软土基坑变形失稳形态模拟试验研究

通过不同土性、地下水条件下软土基坑开挖变形失稳的模拟试验, 研究了软土基坑开挖变形发展直至失稳破坏的全过程。通过试验研究, 初步认为软土基坑坑壁在无支护或支护刚度较小的情况下, 其坑壁破坏形态呈抛物线型; 在基坑开挖范围内若存在有砂性土, 且地下水位较高时, 易于发生流砂渗透破坏, 并导致了地表沉陷, 但侧向变形相对较小; 而对于因承压水引起的坑底土体隆起变形, 若不考虑土体的强度特性, 计算结果是偏于安全的。     

长江漫滩区深大异形基坑施工对紧邻特大型桥梁影响及变形控制研究

随着地下空间资源的开发利用,越来越多深基坑呈现出开挖深、规模大、形状不规则等特点,其支护结构设计复杂,施工难度大,具有明显的空间效应。本文以南京地铁某基坑工程为例,分析基坑施工对邻近桥梁的影响。其场区位于长江下游漫滩相二元结构地层分布地段,上部软土层厚度大,下部承压含水层地下水位高、水量丰富,地质条件复杂,该基坑为典型的深大异形基坑,距离某大桥的双曲拱引桥仅为7. 2 m,由于之前桥梁已遭受其他地下工程施工产生的较大变形,所以后续工程对其影响变形控制要求极高。为此,该车站基坑支护结构设计基于地下空间实际功能采用设置分隔墙分区开挖及MJS超深工法墙综合变形控制方案。本文通过有限元数值模拟计算,开展复杂环境下基坑开挖引起的围护结构及桥梁桩基的变形预测分析,计算结果显示,该深大狭长异形基坑开挖对邻近桥梁沉降变形影响显著,通过设置分隔墙分区开挖及MJS工法墙进行变形控制,能够较好地控制基坑的空间效应,减少“长边效应”、“异形效应”等对桥梁沉降变形的影响。通过现场基坑开挖过程实际监测结果,验证这一综合变形控制方案的可行性。该研究成果对于类似复杂地质条件下深大狭长异形基坑的支护及施工设计具有很好的借鉴意义。     

H型钢组合支撑在地铁基坑中的应用研究

H型钢组合支撑具有可回收、高强连接、可施加预应力、可靠性高等优点,在国内的应用不断增多.房建基坑中应用的H型钢组合内支撑体系,竖向支撑结构较多,不能很好地适应地铁基坑的土方开挖要求.以地铁工程中常见的标准车站基坑(宽度约20 m)为例,通过计算对比分析,设计出大跨度、大间距的H型钢组合内支撑截面型式,相较于传统钢管支撑...     

紧邻地铁枢纽深基坑变形特性离心模型试验研究

对于紧邻地铁枢纽的深基坑工程,其开挖方式对基坑变形特性和施工安全控制有着显著影响。以上海某紧邻地铁隧道的深基坑工程为背景,其设计方案将该基坑工程划分为大、小基坑分别施工,重点研究大、小基坑的开挖方式对于围护结构及地铁隧道变形的影响。针对“先挖大基坑,后挖小基坑”的开挖方案,采用离心模型试验,研究开挖过程中地下连续墙和隧道结构的变形特性。试验结果表明,“先挖大基坑,后挖小基坑”的开挖方案可以有效地控制基坑变形,所得结论对于类似的紧邻地铁隧道深基坑工程设计与施工具有参考价值。     

基坑围护结构增量计算法的改进

就围护桩（或围护墙）加内支撑这一基坑支护形式而言,基于弹性地基梁理论的增量法是其围护结构内力和变形计算的常用方法。合理计算荷载增量是该方法实施的关键之一。目前,该法的荷载增量主要由土压力增量和挖除土体弹性抗力释放的反力增量两部分组成。根据弹性地基梁和增量法的基本原理,结合基坑施工过程,综合分析得出：荷载增量除上述两部分外,还应包括开挖面以下土体因开挖面下降、水平抗力系数降低而引起的土体弹性抗力部分释放的反力增量;开挖面以下围护桩（或围护墙）任意点的这部分反力增量等于该点在上一工况下的侧向位移与开挖侧土体水平抗力系数的比例系数m和本工况挖除土体厚度的乘积。工程实例理论计算结果和实测结果的对比分析表明,与传统增量法相比,采用改进增量法,围护桩（或围护墙）侧向位移的计算值与实测值更加接近,计算结果更加符合工程实际。     

Numerical simulation and land subsidence control for deep foundation pit dewatering of Longyang Road Station on Shanghai Metro Line 18

In terms of controlling groundwater in deep foundation pit projects, the usual methods include increasing the curtain depth, reducing the amount of pumped groundwater, and implementing integrated control, in order to reduce the drawdown and land subsidence outside pits. In dewatering design for confined water, factors including drawdown requirements, the thickness of aquifers, the depth of dewatering wells and the depth of cutoff curtains have to be considered comprehensively and numerical simulations are generally conducted for calculation and analysis. Longyang Road Station on Shanghai Metro Line 18 is taken as the case study subject in this paper, a groundwater seepage model is developed according to the on-site engineering geological conditions and hydrogeological conditions, the excavation depth of the foundation pit as well as the design depth of the enclosure, hydrogeological parameters are determined via the pumping test, and the foundation pit dewatering is simulated by means of the three-dimensional finite difference method, which produces numerical results that consistent with real monitoring data as to the groundwater table. Besides, the drawdown and the land subsidence both inside and outside the pit caused by foundation pit dewatering are calculated and analyzed for various curtain depths. This study reveals that the drawdown and the land subsidence change faster near the curtain with the increase in the curtain depth, and the gradient of drawdown and land subsidence changes dwindles beyond certain depths. In this project, the curtain depth of 47/49 m is adopted, and a drawdown-land subsidence verification test is completed given hanging curtains before the excavation. The result turns out that the real measurements basically match the calculation results from the numerical simulation, and by increasing the depth of curtains, the land subsidence resulting from dewatering is effectively controlled.     

凤城国贸工程超深基坑桩锚支护设计与施工

桩锚支护结构体系是将护坡桩与土层锚杆相结合的一种支护方法,安全经济的特点使它广泛应用于边坡和深基坑支护工程中,但在超深基坑中的应用仍在探索中。在凤城国贸超深基坑工程中,根椐场地的工程地质条件、水文地质条件,充分考虑到周边条件,通过分析论证不同的基坑支护方案,选择技术上可行、经济上合理、整体性能好、同时便于基坑支护开挖及后续施工的桩锚支护体系。然后对基坑支护结构进行了土压力计算、灌注桩设计、锚杆设计、稳定性的验算,并通过后期变形观测,验证桩锚支护型式对于此超深基坑是安全经济适用可行的。     

浙江地区软弱土深基坑变形特点及预测分析

由于影响深基坑变形的因素较多,根据基坑开挖深度等条件的不同,对浙江地区（杭州地区居多）37个深基坑工程实测数据进行了统一归纳研究,分析了在浙江软弱土大背景下的深基坑侧移曲线与周边沉降曲线的特点,得出了基坑最大侧移量与开挖深度等之间的关系。研究结果表明,浙江软土深基坑的最大侧移点在开挖面以上4 m与开挖面以下7 m之间;抛物线形沉降曲线的最大沉降一般发生在距坑边0.5倍开挖深度处;最大沉降量、最大侧移量与开挖深度呈线性增长;最大侧移量与最大沉降量的关系受土质影响较大。进一步根据实测统计数据,结合软弱土基坑侧移曲线特点,提出了一种预测基坑侧移曲线的方法,该法预测基坑侧移量与实测值较为吻合。     

Numerical simulation and land subsidence control for deep foundation pit dewatering of Longyang Road Station on Shanghai Metro Line 18

In terms of controlling groundwater in deep foundation pit projects, the usual methods include increasing the curtain depth, reducing the amount of pumped groundwater, and implementing integrated control, in order to reduce the drawdown and land subsidence outside pits. In dewatering design for confined water, factors including drawdown requirements, the thickness of aquifers, the depth of dewatering wells and the depth of cutoff curtains have to be considered comprehensively and numerical simulations are generally conducted for calculation and analysis. Longyang Road Station on Shanghai Metro Line 18 is taken as the case study subject in this paper, a groundwater seepage model is developed according to the on-site engineering geological conditions and hydrogeological conditions, the excavation depth of the foundation pit as well as the design depth of the enclosure, hydrogeological parameters are determined via the pumping test, and the foundation pit dewatering is simulated by means of the three-dimensional finite difference method, which produces numerical results that consistent with real monitoring data as to the groundwater table. Besides, the drawdown and the land subsidence both inside and outside the pit caused by foundation pit dewatering are calculated and analyzed for various curtain depths. This study reveals that the drawdown and the land subsidence change faster near the curtain with the increase in the curtain depth, and the gradient of drawdown and land subsidence changes dwindles beyond certain depths. In this project, the curtain depth of 47/49 m is adopted, and a drawdown-land subsidence verification test is completed given hanging curtains before the excavation. The result turns out that the real measurements basically match the calculation results from the numerical simulation, and by increasing the depth of curtains, the land subsidence resulting from dewatering is effectively controlled.     

非对称荷载单层对撑基坑计算方法研究

支护桩（墙）加内支撑作为基坑支护的一种重要型式,已经被基坑支护工程广泛采用。但是,由于基坑所处地质条件、周围环境和土方开挖的复杂性,给基坑支护体系的精准设计计算带来障碍。对非对称荷载作用下的单层内支撑支护设计计算方法进行了探讨。首先,基于极限土压力法分析了单层内支撑与支护桩支点铰接和固结条件下的不动点调整系数的差异性;其次,利用杆系有限单元法分析了基于位移土压力和基于《规程》给出的主动土压力这两种土压力方法计算的桩身位移、弯矩和剪力的差异性。由于非对称荷载作用于基坑支护体系,引起荷载大小侧支护桩桩身位移不同,导致荷载大小侧支护桩受到的土压力也不同,大小侧支护桩桩身内力存在较大差异现象应引起重视。提出的不动点调整系数计算方法和位移土压力计算支护桩受到的土压力计算方法更为合理。