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。     

基坑开挖时邻近桩基性状的数值分析

基坑开挖时尤为关注的问题是土体侧向移动对邻近桩基的不利影响,土体的侧向移动使邻近桩基产生侧向位移和附加应力及弯矩,甚至可能使上部建筑物功能失效。采用土工有限元软件Plaxis 8.2对内支撑排桩支护基坑开挖过程进行数值模拟,分析了基坑开挖时对邻近桩基的各种影响因素,包括单排桩、双排桩在不同开挖深度、支护桩的刚度、桩基刚度、桩基距基坑开挖面距离、桩身的约束和桩长条件下桩身水平位移和弯矩的变化特性。     

黏弹性地基中基坑开挖对邻近桩基变形影响的时域解

目前就软土基坑开挖卸荷对邻近桩基变形影响的研究一般是基于瞬时开挖工况,很少考虑时间效应对桩-土相互作用的影响,但实际工程中软土在开挖情况下具有较为明显的流变效应。从地基黏弹性角度出发,采用两阶段法研究了黏弹性地基中基坑开挖与邻近桩基相互作用的时域问题。第1阶段基于Boltzmann黏弹性模型推导出Mindlin时域解,用于分析黏弹性地基中基坑开挖引起的邻近桩基处的土体附加应力;第2阶段采用Pasternak地基模型分析桩基与黏弹性土体之间的相互作用,并求得考虑流变效应的桩基水平变形的简化时域解。最后,采用大型有限差分软件对相关工况进行数值模拟,并将数值模拟结果与简化时域解进行对比分析,得到了较好的一致性。此外,也针对Boltzmann黏弹性模型参数(体积模量、剪切模量、黏性系数)、桩径、基坑开挖深度、桩与基坑间距和基坑开挖尺寸进行了影响因素分析。分析结果表明,所得出的简化时域解能较好地反映基坑开挖对邻近桩基水平变形的影响,以及桩基变形随时间的发展趋势,可为相关实际工程提供一定理论依据。     

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。     

邻近建筑物的滨海土岩组合基坑支护结构变形分析

以邻近建筑物的滨海土岩组合基坑工程为例,选用微型钢管桩-锚杆-土钉支护方式,基于现场实测数据和PLAXIS有限元软件,探讨不同土体本构模型对基坑开挖引起支护结构变形问题的适用性,在此基础上,研究本案例支护形式中两个关键因素(锚杆预应力系数、微型钢管桩抗弯刚度)对支护结构变形的影响规律。计算结果表明:HS、HSS模型中基坑开挖引起的地表沉降模式相似,与实测值的变化趋势一致。随着基坑开挖深度的增加,MC、MCC模型计算的桩身水平位移值与实测值的误差逐渐增大,HSS模型能较准确地描述邻近建筑物超载、基坑开挖卸载引起的桩身水平位移的变化规律。不同锚杆预应力系数η、微型钢管桩抗弯刚度情况下,桩身水平位移最大值均出现在地表处。第一道锚杆的预应力系数η对锚杆和地表处水平位移的控制具有显著影响,取第一道锚杆处桩身水平位移为零,可以确定η的取值范围,根据基坑周围环境对水平变形的要求,选取合适的η目标值,最后根据η目标值确定钢管桩抗弯刚度,从而使锚杆-微型钢管桩形成变形协调的支护体系。     

邻近开挖对既有软土隧道的影响

采用两阶段分析方法,提出了邻近开挖对既有软土隧道纵向受力变形影响的简化计算方法。针对软土隧道开挖情况,第1阶段采用Loganathan和Poulos提出的解析解计算开挖引起的土体自由位移场;针对基坑开挖情况,第1阶段根据Mindlin理论解计算邻近荷载作用引起隧道的附加应力;第2阶段基于Winkler地基模型将既有隧道视为弹性地基无限长梁,将土体自由位移或附加应力施加于隧道,并建立求解该问题的纵向变形方程,从而得到隧道纵向位移和内力的计算表达式。结合离心模型试验结果和工程实例进行分析,验证了方法的有效性。研究成果可为合理制定邻近施工对软土隧道的保护措施提供依据。     

桩基存在对基坑坑底变形性状的作用分析

基坑开挖时的卸荷,使土体应力场发生变化,引起坑底土体向上隆起。根据土体变形与模量的关系,探讨桩基的存在对土体模量以及基坑坑底隆起的影响。通过有限元ANSYS计算模拟了基坑开挖的过程,得出了有桩基和无桩基时基坑坑底隆起的趋势,讨论了桩距、桩长、桩荷的影响。计算结果与室内模拟试验得出的结果相同,与现场实测结果基本相符。     

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。     

基坑围护结构最大侧移深度对周边环境的影响

围护结构最大侧移所在深度是衡量基坑变形的重要指标之一,而目前鲜有关于其对周边环境变形影响的研究。基于工程实测数据分析和有限元数值模拟,系统地研究了基坑围护结构最大侧移深度对邻近桩基础建筑物不均匀沉降和坑外深层土体位移场的影响。经研究发现：围护结构最大侧移的下移会导致坑外土体位移场扩大,进而降低相应区域的桩基础承载力,导致邻近桩基础建筑物发生显著的不均匀沉降。不同深度的土体经历复杂的竖向位移,且位移形态与围护结构最大侧移深度密切相关。随围护结构最大侧移深度的逐渐下移,坑外土体位移场向深层土体发展,且主要影响范围相应地扩大。在实际工程中,根据基坑周边环境合理地控制围护结构最大侧移所在深度,可有效降低基坑开挖对周边环境的不利影响。     

基坑变形监测现场试验研究

结合浙江省桐乡市中虹天地商住楼基坑变形监测项目,研究了基坑沉桩挤土作用,分析了边长40cm方桩沉桩时,120倍桩径处地表仍有微弱隆起变形,以及基坑周边民住房的不均匀沉降变化特征。基坑开挖过程中,围护结构的受力状态发生改变,导致围护结构产生上浮现象。基坑土体水平位移随开挖深度增加逐渐变大,且在土体蠕变作用下,水平位移量仍会有所增加。大气降水导致基坑内外地下水位差变大,增加围护结构的侧压力。支撑轴力受混凝土凝固收缩、温差以及钢筋、混凝土之间的差异徐变影响,支撑轴力计算时需进行修正。     

边坡土体侧移模式对抗滑桩影响分析

在开挖、降雨或地震等外部因素作用下,边坡土体很容易进入局部或瞬态大变形乃至失稳滑动,使抗滑桩产生附加位移及弯矩。基于两阶段分析方法,采用Winkler模型模拟抗滑单桩与土之间的相互作用,建立单桩水平位移控制方程组,根据内力与位移的连续条件得到考虑不同土体侧移模式下求解桩身响应的矩阵解析表达式,并采用现场监测数据及Poulos弹性理论进行验证,证明该方法是合理可行的,并通过参数分析土体侧移对抗滑桩水平承载性状的影响程度。分析结果表明,土体侧移模式包括最大侧移值、分布形状及重心、侧移势等,对抗滑桩的挠度和弯矩均有显著影响,在工程设计中应予以充分重视。     

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。     

基坑开挖对邻近地下管线影响的变形控制标准

基坑开挖会引起邻近区域地埋管线的附加受力和变形,甚至会引起管线的开裂破坏。基于位移控制理论,对板式支护体系由于基坑开挖而引起的周边自由土体位移场的分布规律进行了探讨,通过位移控制两阶段简化分析方法与位移控制有限元方法的对比,验证了简化方法的合理性。其次对最近修订的《上海市基坑工程技术规范》的基坑环境保护标准进行了探讨,利用简化方法通过算例计算以分析其仍需改进的方面,在此基础上,基于地下管线的自身承受能力,提出了基坑开挖对管线保护的变形控制标准,给出了为保证管线正常使用,基坑开挖深度与基坑允许侧向变形的关系,从而可以为基坑开挖环境影响评价标准的建设提供相应的理论依据。     

悬臂式支护结构中几种控制变形的方法

悬臂式支护结构是基坑工程中常用的支护形式,多以排桩、地下连续墙、工法桩、钢板桩等形式出现。基坑工程中在条件受限的情况下,无法做内撑,但周边部分建（构）筑物对基坑变形很敏感,需要采取一些辅助措施来控制基坑的变形。结合工程实例介绍了悬臂式支护结构中常用的几种控制变形的方法,包括双排桩外拉、锚杆（索）加固、基坑内斜撑、基坑内土加固、坑内预留反压土等,并对这几种方法的适用范围、技术要求等进行了分析,为今后类似工程的设计施工提供借鉴。     

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。     

搅拌桩内套打钻孔灌注桩在暗浜深基坑围护工程中的应用

在暗浜地层内施工钻孔灌注桩时,易产生钻孔扩径、孔内塌方事故,产生“叉腿桩”及诱发搅拌桩次生“叉腿”,造成钻孔灌注桩与搅拌桩之间的产生大的缝隙.基坑开挖时,基坑外侧的地下水沿缝隙渗入,造成基坑外侧土体压缩变形,引起地表开裂、产生不均匀沉降.搅拌桩内套打钻孔灌注桩系先用低渗入量水泥将暗浜土搅拌成复合土,提高暗浜土的质量,然后在复合土内钻进成桩,其作用是避免钻孔灌注桩在暗浜土段的扩径、塌方超灌事故,确保了基坑桩基围护工程施工质量.     

基坑开挖与支撑拆除对周围环境影响的研究

地下连续墙和内支撑是基坑工程常用的支护形式,一般认为该支护形式下的变形主要发生在基坑开挖阶段,忽略了支撑拆除对基坑变形以及周围环境的影响。本文以深圳市万科滨海置地基坑工程为依托,通过有限元数值模拟分析,研究基坑开挖和支撑拆除对基坑周围环境的影响,最终得到以下结论:支撑拆除阶段与基坑开挖阶段的变形规律一致,受时空作用影响明显,“中间大、两边小”;两阶段变形量大小相差不大,变形量之和占总变形量的85%以上,发展迅速的变形分别发生在底层土开挖以及底层支撑拆除阶段,其原因主要是三道支撑不等距,底层开挖土厚度大、花岗岩残积土厚度差别大以及仅在地下室底板位置处设有换撑块。模拟结果显示,基坑顶部水平位移、地面沉降以及建筑物沉降与监测数据基本一致,其结果可以为同类工程提供借鉴。