地铁车站基坑围护结构变形监测与数值模拟

以某城市大型地铁车站基坑为研究背景,对基坑围护结构及其变形监测方案进行了设计,并对基坑围护结构变形的现场监测数据进行了分析,重点分析了基坑施工过程中围护结构的水平变形随基坑开挖深度和时间的变化规律。建立了弹塑性有限元模型,并对地铁车站深基坑开挖进行施工仿真模拟计算,将获得的围护结构变形结果与监测结果进行了对比分析,再引用多种围护形式对基坑变形进行敏感性因素分析。结果表明：钢支撑+围护桩的围护形式对基坑土体的侧向变形有较好的限制作用,有限元数值计算结果与现场实测结果比较一致,有限元计算的结果是可信的,改变钢支撑的施作位置对限制基坑的侧向变形有重要作用。随着围护桩入土深度的增大,土体向基坑内侧变形的趋势有所减缓。     

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。     

多层支撑深基坑变形数值模拟正交试验设计研究

分析了多层支撑深基坑设计中的多个参数,对诸如挡墙和支撑的刚度指标等参数选取进行了分析。对深开挖进行了多因素多水平的有限元数值模拟,在此基础上进行了支撑刚度、位移柔度数、土体变性及强度参数等5因素的4水平正交试验设计,得出了深开挖中的各个参数对多层支撑深开挖变形的影响程度和各个参数的灵敏度。分析结果表明,墙体的位移柔度数是控制基坑开挖变形的主要参数,其他的参数诸如土体的弹性模量等对基坑变形的影响较小。     

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。     

船式支护在基坑中的应用

在深厚软土地区的基坑,对基坑底软土进行搅拌加固形成强度较高的底板而保证坑底稳定,侧壁采用支护桩支护保证侧壁的稳定使其不倾倒,支护桩与加固底板两者共同作用形成的船状结构支护体系类似轮船的船侧壁及船底板,以保证基坑的稳定。结合具体的工程实例,介绍了船式支护的侧壁及底板的设计方法。工程案例成功实施,监测结果表明,船式支护既可避免支护桩嵌固深度过长,又利于软土的土方施工及工程桩的保护,是安全可靠的,对类似工程有一定的参考意义。     

软土基坑中内插H型钢重力式挡土墙支护的变形及稳定性的有限元研究

基于硬化土模型（HS模型）,利用PLAXIS有限元分析软件对上海地区某软土浅基坑中内插H型钢的重力式挡土墙支护开展有限元分析,根据数值试验结果和监测数据对基坑变形和稳定性进行研究。研究发现,（1）内插H型钢重力坝围护在浅基坑局部开挖7~8 m范围内有着较好的可行性和工程效果,在浅基坑支护中可作为重力式围护的补充手段;（2）使用PLAXIS的HS硬化土模型模拟基坑开挖具有较好的精度和与实际情况较接近的结果,HS模型的参数可以根据工程经验进行取值;（3）实际基坑监测结果表明浅基坑的局部深坑处的内插H型钢重力坝在两端重力坝的约束下其位移发展受到一定控制,可显著提高基坑的整体稳定性,且内插H型钢可以增加围护体本身的刚度,可抵抗部分土压力弯矩,一定程度上控制了围护体的位移;（4）实际工程中对内插H型钢重力坝的局部开挖深度要谨慎选择,首先在周边环境保护条件较为宽松的条件下采用,局部深坑深度建议在7~8 m之间,并且基坑整体开挖深度建议在5~6 m之间。通过对软土浅基坑中内插H型钢的重力式挡土墙支护的研究,能对相关基坑支护工程提供更可靠的技术支持。     

开挖前降水引发基坑变形机制模型试验研究

现有基坑相关研究主要关注土方开挖过程引起的变形,认为围护结构变形起点是土方第1次开挖。然而,一些工程实测表明,基坑开挖前降水阶段即可引起围护结构及周边地层发生厘米级的变形。显然,未考虑开挖前变形的基坑监测数据将低估基坑施工的环境效应。为了研究基坑开挖前降水引发基坑变形的机制,开展了室内模型试验,对基坑开挖前降水过程进行了缩尺精细化模拟。通过微型降水井的设置与调控,模型试验真实再现了实际基坑降水过程中井流效应对围护结构受力变形的影响。试验过程中发现,随着降水的进行,坑外降水漏斗不断扩展,围护结构悬臂式侧移及坑外拱肩式地面沉降也随之产生。另外,降水导致墙前水压力明显减小,并诱发墙前侧向总压力重分布（以减小为主）,围护结构为此发生指向坑内的悬臂式运动以寻求新的受力平衡,并通过墙后土体损失诱发坑外地层变形。     

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。     

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。     

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。     

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。     

城市地铁深基坑开挖实测与数值模拟分析

城市地铁施工中由于周边环境复杂,基坑开挖引起的土层扰动,可能会造成建筑物及地下管线破坏,甚至引起基坑失稳。以某地铁深基坑工程为背景,借助FLAC3D,建立了基坑开挖计算模型。现场实测与模型计算结果表明,计算值和实测值基本吻合,采用的计算模型可以近似模拟实际开挖过程。通过改变模型参数,研究了围护桩刚度、锚索倾角及锚索位置对围护体系受力和变形的影响,得出一些有益的结论,为保证城市深基坑开挖周边环境及围护结构安全,提供一定的参考。     

济南典型地层HSS参数选取及适用性研究

针对济南地区典型地层上的基坑工程,土体采用PLAXIS 3D中的硬化土小应变（HSS）模型,建立了有限元模型,并根据实际监测数据结合位移反分析技术,得到了该典型地层下土体HSS模型参数的一般选取方法。之后简化模型,分别采用土体的HSS模型与Mohr-Coulomb（M-C）模型进行有限元分析,对比基坑开挖至不同深度时,应用两种模型模拟所得挡土墙变形与墙后地表沉降的差异。结果表明：基坑数值分析中,土体采用M-C模型与HSS模型所得结果的差异随基坑挖深增加而增加,且采用HSS模型所得结果更符合深基坑的实际变形。综合考虑采用HSS模型与M-C模型建模时的参数选取难易程度、经济性以及两种模型数值分析的工程适用性,建议基坑开挖超过15 m时,土体采用HSS模型进行数值分析,反之可采用M-C模型。研究结果对指导深基坑支护设计及岩土工程参数的勘察、选取,具有重要参考价值。     

深基坑PCMW工法开挖过程离散元数值模拟分析

深基坑稳定性问题是重要的工程问题,其中,有效支护结构是保证基坑工程顺利实施的基础。本文引入离散元法,提出了基坑及支护结构建模和数值模拟方法。采用紧密堆积离散单元构建模型初始地层,引入了离散单元团簇模型来构建表面较为光滑的管桩。以南京某深基坑工程为例,采用三维离散元模拟软件MatDEM3D构建几何模型,并根据土体的力学性质设定相应单元的力学参数。数值模拟中,通过预平衡操作实现土层的压实,进而模拟了基坑开挖过程中土体和管桩的变形。将数值模拟结果与实测监测数据进行了对比分析,评价了基坑支护结构的有效性。这种基坑离散元数值模拟方法在基坑开挖过程的稳定性预判和支护结构的有效性评价上具有潜在的应用前景。     

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。     

基坑支护形成与边坡位移的相关性分析

通过一超深基坑工程案例,根据现场监测数据探讨了复合土钉、灌注桩-锚杆等支护形式与基坑边坡位移的相关性．分析表明,对于复合土钉支护,加强对开挖浅层土时基坑边坡位移的控制(如在基坑浅部加大土钉长度、减小间距或较早设置预应力锚杆并加大其长度),对于有效控制基坑开挖过程中的边坡位移及其发展态势具有重要意义．工程实践表明,在严格的保证施工质量条件下复合土钉支护结构可以应用于挖深超过18m的深基坑工程中。     

开挖卸荷状态下深基坑变形特性研究

深基坑开挖时因为卸荷作用会引起土体强度一定程度的降低,土体强度的降低会引起支护结构上土压力的变化,利用卸荷前土体强度指标进行土压力计算势必会小于实际情况,从而导致土体及支护结构变形计算值与实测值有一定的偏差。在深基坑开挖时,仅采用施工监测等手段进行事中控制是不够的,必须预先对变形值的发展规律做出模拟和预测。为探索深基坑开挖时,卸荷作用对基底土体和侧向土体强度特性和变形特性的影响规律,结合天津富力响锣湾大型基坑开挖,对开挖过程中土体基底回弹情况、支护结构以及周边土体的变形情况进行了全过程监测,利用试验结果数据计算出天津市富力响锣湾大型基坑开挖项目的卸荷强度参数,为后续数值模拟计算参数的选取提供了依据;利用ABAQUS有限元软件建立了三维数值模型,分别采用原状土的强度参数和卸荷参数对开挖过程中土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形情况进行了模拟,研究了两种情况下土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形规律,并将有限元模拟结果与监测结果进行了对比。研究发现,本工程土体卸荷后的扰动区在基底以下3～4 m范围,强度折减可达到20%～35%,根据卸荷比确定了周边土体强度折减为10%～15%;有限元模拟结果与实测值基本一致。通过分析可以看到,考虑基坑开挖卸荷作用是符合工程实际情况的,因此,建议在深基坑开挖设计时考虑土体的卸荷效应。该分析方法可为同类深基坑设计提供参考。     

济南东舍坊深基坑工程多种支护方式及变形对比分析

在济南东舍坊项目深基坑工程中,同一深基坑支护工程采用桩锚、悬臂桩、复合土钉墙3种支护方式。对基坑支护设计、监测等内容进行了介绍。监测结果表明,3种支护方式都能满足基坑的安全性要求,符合设计;说明3种支护方式应用于同一深基坑中效果非常好,同时节省了工程造价,缩短了工期。通过变形对比分析,对于本基坑而言,桩锚支护对控制边坡变形效果最好,悬臂桩次之,复合土钉墙最不利。     

深基坑边坡支护设计计算模式的探讨

提出了深基坑边坡支护设计计算模式的课题，指出了朗肯，库伦土压力理论在深基坑边坡支护设计方面的局限性，阐述了岩石边坡支护设计的计算模式及应注意的问题。     

宁波北仑电厂二期循环水泵房基抗支护与监测

介绍了宁波北仑电厂二期工程地下连续墙支护结构的计算与模型。采用ALGOR有限元分析系统，对基坑开挖引起的应力场、位移场进行了分析计算。对墙体变形、钢筋应力、土压力及沉降进行了观测。通过计算值与实测结果的比较，分析了影响基坑变形的主要因素。