南京长江江心洲超大直径盾构接收井明挖段 超深基坑降水技术研究

南京长江隧道盾构接收井地处江心洲上,开挖地层以粉细砂层和砾砂层为主,降水施工中成功地克服了强透水地层分布厚、受承压水影响大、基坑开挖深度深、民房离基坑边沿距离近、降水技术复杂、地表沉降控制难等一系列技术难题。本文对基坑降水方案设计、施工工艺及地表沉降控制等方面进行了研究和总结。     

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。     

悬挂式止水帷幕条件下深基坑开挖变形特性研究

降水条件对基坑开挖的变形特性具有重要影响。为了研究悬挂式止水帷幕结合承压非完整井组成的墙井系统条件下基坑开挖过程中的变形问题,以某悬挂式止水帷幕深基坑为例,通过定义降水井和地表渗流边界条件建立了考虑分级降水和基坑开挖实际工况的三维流固耦合有限元数值分析模型,使用现场监测数据与数值模拟结果互相验证的方法研究了悬挂式止水帷幕情况下基坑开挖过程中地下连续墙变形和地表沉降的变化特征,对比分析了悬挂式止水帷幕和落底式止水帷幕条件下的地表沉降。结果表明：在不同分级降水情况下,降水深度初次达到场地第一承压水含水层降水期间产生的地下连续墙水平位移增量最大,地表沉降也主要在这一期间产生;悬挂式止水帷幕情况下的地表沉降最大值约为落底式止水帷幕的2.7倍,最大值位置距地下连续墙边缘的距离比落底式止水帷幕大0.85 m;地下连续墙水平位移峰值处,降水期间产生的位移占28%,地表沉降峰值处,降水期间产生的沉降占49%;使用悬挂式止水帷幕时,距地下连续墙边缘12倍开挖深度处,地表沉降与地表沉降峰值的比值为0.1、该距离比落底式止水帷幕大13 m左右。研究成果对确定深基坑降水方案、保证深基坑开挖施工安全具有一定的参...     

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%。     

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。     

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。     

某基坑位移、沉降和内力实测结果及预警值讨论

以某深基坑支护结构位移、沉降、内力及水位的施工监测数据为依据,探讨了位移、沉降与内力大小及变化规律。实测表明：支护桩及外侧土体各点随着基坑开挖深度和时间的递增,水平位移逐步增大,增大速度由快逐步趋于平稳。另外,位移大小还与周围建筑物位置和支撑条件有关。周围建筑物的沉降随时间增大,且离基坑越近则越大;立柱沉降及土的隆起量与承受的支撑重量及基坑形状有关;支撑轴力的大小及变化与地质条件、支撑刚度和施工开挖顺序及速度等因素有很大关系;桩身偏心较小,底部可按轴心受力计算。最后,对预警值进行了讨论。     

土岩组合地层异形深基坑支护体系优化研究

某明挖隧道基坑位于土岩组合地层,基坑大面深度约17.1 m,深挖部位约27.9 m,原设计整体基坑采用地下连续墙+4道钢筋混凝土支撑,坑中坑内侧壁采用钻孔灌注桩作为竖向支护结构,深坑部位加设2道钢管支撑。为节约工期和工程造价,综合考虑地层分布及地质条件,对原设计方案进行了系列优化。运用数值模拟对比分析了优化前后基坑支护体系和周边环境的变形特性,结果表明优化后的支护方案满足设计和规范要求。基坑按优化方案施工,并开展了现场监测工作,基坑监测结果表明：（1）基坑连续墙水平位移、地表沉降、支撑轴力、周边建筑物变形及坑底隆起等指标均小于控制要求;（2）连续墙最大水平位移发生在土岩分界面以上一定高度,最大值约为浅基坑深度的0.025%;(3)异形基坑两侧变形不对称,最大地表沉降发生在浅基坑侧,基坑外地表影响范围约为1.0H;(4)下部基岩段基坑开挖侧向变形量小,且对地表沉降槽范围影响不大。优化方案节约了工期和造价,可为类似基坑工程提供参考。     

北京市轨道交通基坑工程地表变形特性

根据基坑开挖深度、地层条件的不同,对北京市轨道交通80个明挖顺作法基坑工程实测结果进行统计分析,研究确定北京砂卵石和黏性土地区深基坑开挖引起的周边地表变形规律。研究表明：基坑工程周边地表最大变形的实测结果分布形态为正态分布或半整体分布,地表沉降变形值较大;最大地表沉降的平均值约为砂卵石地区0.11%H（H为开挖深度）,黏性土地区0.20%H;地表变形与桩体向基坑内、外的水平位移值有一定的对应关系;地表沉降随插入比的增大而减小,黏性土地区基坑支撑系统刚度对地表沉降有明显的影响;北京地区基坑工程周边主要影响区约为0.6H或0.7H范围以内。研究成果可对未来北京及其他地区城市轨道交通基坑工程变形大小、安全性的预测和评估、指导基坑工程设计与施工和对防止基坑事故的发生等具有重要意义。     

北京某深基坑桩锚支护结构监测及分析

采用桩锚支护结构对北京某深基坑进行支护,在施工过程中进行桩顶位移、地表沉降、锚索轴力监测,并对监测数据分析。结果表明：桩锚支护体系能有效地控制基坑水平位移和周边地表沉降,并且桩顶水平位移变化、沉降变化是比较有规律的。锚索预应力损失值较大,在30％～50％之间,在开挖过程中变化范围在15％以内;第一道锚索在控制位移和沉降发挥着关键的作用,第三道锚索是控制桩身最大弯矩的关键。结合实测值与理论计算值产生差异的原因,对以后类似桩锚支护结构的设计提出了建议。     

基坑开挖对邻近铁路路基变形影响与控制

以某紧邻既有铁路线的基坑工程为依托,基于现场实测数据,分析了路基与基坑的变形规律、沉降原因和控制措施。结果表明,受列车荷载与渗漏水影响,路基沉降在坑底旋喷加固和施工冠梁、混凝土撑期间迅速增加,形成了长约50 m、最大沉降95 mm的沉降槽,60%以上的路基在该阶段的沉降增量占阶段累计沉降的70%以上,而地表沉降多小于20 mm,约为开挖深度的2.4‰;路基沉降槽处坑外横断面地表沉降呈“凹槽形”,在路基处沉降最大。在坡顶进行双液注浆能够控制地表与路基沉降,减少后续开挖施工对路基的影响,但注浆施工易导致边坡变形突变,尤其是向坑内的水平位移,不利于边坡稳定和铁路安全。     

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。     

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。     

承压水位变动下深大基坑空间效应离心试验与数值模拟

基坑工程是典型的三维空间问题,只有在一定条件下才能简化为平面应变问题。针对基坑工程的空间效应问题,首先采用离心模型试验建立基坑工程三维模型,分析承压水位变动条件下基坑变形规律;然后,进一步开展三维数值模拟,与离心模型试验结果进行对比验证,并开展基坑长度、开挖深度、承压水位高度和基坑面积等因素对基坑三维空间效应的影响研究。研究表明：三维基坑离心模型试验监测得到基坑中部和角部断面处的地连墙水平位移以及基坑外侧地表沉降,验证了角隅效应,且承压水位上升时角隅效应更显著;影响因素分析表明,长江I级阶地中当基坑长度大于6倍开挖深度时,基坑中间断面基本为平面应变状态;随开挖深度逐渐增大时平面应变比显著增大,而当深度大于25 m时增大速率减缓;承压水位升高时角隅效应更显著,承压水位超出地表3 m时平面应变比为0.46。该研究成果为长江I阶地典型二元结构地层深大基坑的设计和施工提供依据。     

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。     

基坑变形监测及地下水的处理

结合南昌某建筑基坑,介绍了基坑支护结构水平位移和沉降监测点的布设、观测方法、监测数据处理等,并根据监测结果,发现可能发生危险的先兆,判断工程的安全性,防止工程破坏事故的发生;并以施工监测的结果指导施工,进行信息化反馈优化设计。由于基坑开挖后地下水丰富,坑内局部出现涌水、涌砂,导致电梯井等加深部位不能开挖到位。在基坑外部排水能力有限等情况下,提出了在电梯井的四周用旋喷桩形成止水帷幕、井底用旋喷桩封底的方法。实践表明：在旋喷桩施工完成后1 d即可垂直开挖电梯井,并没有渗水,取得了良好地加固效果和经济效益。     

基坑开挖对近邻运营地铁隧道影响规律研究

对某邻近基坑开挖的地铁隧道的水平位移和沉降的时空分布做了深入分析。由于软土的蠕变效应,应考虑基坑分块开挖的先后顺序造成的时空效应的影响,以及基坑围护体系的水平支撑结构对土体位移的限制作用。基坑开挖对邻近地铁隧道的影响范围为2.5倍开挖深度,而对于远基坑的右线,影响范围更低,甚至低至1.5倍开挖深度。将基坑和隧道的监测数据联系分析,得到比值与水平距离的关系曲线,将基坑监测数据代入拟合公式,对地铁水平和垂直位移进行估算。隧道水平位移与邻近的同深度土体水平位移的比值（?）,其最大累计位移点的? 较多地处在0.60～0.65范围,在底板浇筑都已完成后,稳定在0.60。隧道沉降与邻近地表沉降的比值（?）,其最大累计沉降点的?,较多地处在0.50～0.60间,底板浇筑完成后,稳定在0.52±0.05水平。     

基坑开挖引起周围管线位移分析

为探讨深基坑开挖对周围管线位移的影响,明确管线位移轨迹模式,以南京江东软件城深基坑工程为背景,对管线位移实际监测数据进行分析。首先介绍该基坑工程的设计、施工和监测方案;在此基础上结合施工过程,分析周围4根管线竖向沉降和水平位移发展规律,并探讨二者之间的关系,揭示管线位移轨迹。由分析可知,竖向沉降先于水平位移发生,随基坑施工的开展,竖向和水平位移同步增大;在基坑第二道支撑施工后,竖向沉降出现平台,水平位移明显减小;地下室底板施工后,变形趋于稳定。距离基坑侧壁垂直距离较近的管线位移轨迹为三次多项式曲线,距离基坑侧壁较远的管线沿直线状向坑脚移动。     

软土基坑周围地表沉陷变形计算分析

在分析总结基坑周围地表沉陷变形计算方法的基础上,根据软土基坑变形规律,按指数曲线拟合基坑周围地表沉降变形,推导出在软土地区深基坑开挖中由支护结构变位引起周围地表沉降变形的计算方法,并通过实例分析、比较,预测地表沉降,对于周围环境要求严格的基坑工程提供了较可靠的计算方法,对于基坑周围环境保护有重要的意义。