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。     

内支撑结构基坑的空间效应及影响因素分析

具有内支撑结构的围护系统在基坑边角处具有更大的系统刚度,使得基坑边角附近处土体的位移小于距离边角较远处土体的位移,即基坑的变形问题表现出空间特性。为了更好地研究L/He（L为沿基坑纵向方向上的距离;He为开挖深度）、开挖深度等因素对空间效应的影响,量测了两个狭长形地铁车站深基坑不同位置处土体的侧向位移、土体沉降等。通过对现场监测资料的分析发现,边角效应能够减小侧向位移的平面应变比,灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构和地下连续墙在边角附近处的平面应变比(PSR)分别为0.50、0.61和0.72。当平面应变比(PSR)接近于1.00时,对应的L/He值分别为2.50、6.00和4.00。随着L/He值的增大,土体的纵向最大沉降呈先增大后保持稳定的趋势。随开挖深度的增加,边角效应的影响范围呈增大的趋势。在基坑纵向沉降的空间效应中,灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构的土体最大沉降值达到稳定时对应的L/He值分别为2.50和5.20。土体沉降和侧向位移的空间效应有一定的相关性。     

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。     

基于压差传感技术的坑底隆起监测方法及应用

针对基坑坑底隆起监测问题,提出了一种基于压差传感技术的坑底隆起监测方法。首先分析了压差传感技术原理,其次介绍了监测系统中的压差传感系统及相应的辅助系统,然后通过模型试验验证了监测系统的温度稳定性,最后将该监测系统应用于工程实践,并对监测结果进行了分析。所得主要结论如下:基于压差传感技术的坑底隆起监测系统通过测点处的液面变化来反映竖向位移。基坑坑底隆起值随着开挖深度的增加而增大;开挖深度较小时,坑底隆起随基坑开挖同时发生和结束;当基坑开挖深度不断增加,坑底隆起随基坑开挖同时发生,并在该层开挖结束后持续增大。开挖相同厚度的土层,深度越深,所引起的坑底隆起越大,坑底土体重新稳定所需要的时间也越长。     

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。     

非对称开挖条件下基坑变形性状分析

根据现场实际情况,采用有限元分析软件PLAXIS,对基坑在不同挖深差和挖深分界面位置不同条件下的非对称开挖进行了模拟。通过对实际工程进行模拟研究发现,随着挖深差的增加,基坑两侧的地表沉降均增加,开挖深部位的地表沉降和沉降影响范围均大于开挖较浅处;坑底隆起在界面处发生较大的差异变形,挖深差越大,界面处的差异变形越明显;随着开挖分界面向较浅侧移动,开挖深部位的隆起变形逐渐趋于稳定,隆起曲线变化趋势向挖深较浅侧增加。通过研究,可以了解不对称开挖基坑受力及变形的性状和不利因素,从而指导施工,控制不对称开挖的挖深差和界面位置,减少工程风险。     

软土地区采用灌注桩围护的深基坑变形性状研究

根据上海软土地区80个钻孔灌注桩围护的深基坑工程案例有关数据,系统地分析了基坑开挖引致的灌注桩变形性状。所有基坑的灌注桩最大侧向位移介于0.1 %～1.0 %倍的开挖深度之间,平均值为开挖深度的0.44 %。钢筋混凝土支撑和钢支撑在控制墙体的变形上没有明显差别,最大侧向位移一般位于开挖面上下5 m的范围内。无量纲化最大侧向位移随着支撑系统刚度的增大而减小,随着墙底以上软土层厚度的增加而增大,但与灌注桩插入比及坑底抗隆起稳定系数之间并无明显的关系。墙顶侧向位移随着首道支撑位置深度的增加而呈现出指数增长的趋势,而灌注桩最大侧向位移与首道支撑的深度位置无明显关系。     

“地下复合支撑”变形分析与优化设计

“地下复合支撑”是通过在基坑坑底布置加固水泥土将坑底工程桩与基坑支护桩墙相连形成复合受力体。基坑开挖时,复合受力体共同受力抵抗变形,有效控制围护结构变形并抑制坑底土体隆起。本文提出“地下复合支撑”概念及其设计理论,分析坑底加固面积置换率、固化剂掺量、加固深度等关键设计参数对基坑变形的影响,为“地下复合支撑”投入工程实践提供设计依据和理论参考。基于工程实例,针对原支护体系给出地下复合支撑的优化设计方案,验证新型复合支撑的可行性,体现其对基坑围护结构水平位移和坑底隆起变形控制的优势。同时,按照优化设计方案可以减少基坑内支撑的道数,具有安全性和经济性。     

地铁车站超深基坑围护结构变形监测结果分析

依托上海地铁18号线杨高中路站超深基坑工程围护结构变形监测结果,从围护结构水平、垂直位移量,立柱桩垂直位移量等参数角度对超深基坑围护结构的变形规律进行探讨和总结。分析可知,随着基坑的分层开挖施工,围护结构水平位移曲线表现为“大肚状”形态,最大位移点不断下移,最终稳定在093～107倍开挖深度处,最大水平变形量约为开挖深度的330‰,平均最大隆起变形量约为开挖深度的052‰,立柱呈现隆起状态,隆起位移量约为开挖深度的091‰,与周边管线监测数据变形趋势基本一致,上述规律可为类似工程的设计和施工提供借鉴。     

港湾广场（一期）深基坑变形监测与分析

深基坑施工变形监测是信息化施工的重要内容,以广州港湾广场(一期)深基坑工程为例,通过对开挖过程中土体水平位移、支护结构侧向位移、支护结构内应力、沉降等监测,结合围护结构的强度检测,采用反演分析对基坑变形进行数值模拟,预测不同开挖深度时基坑的位移变形量,实际监测结果与预测值基本一致,为基坑的设计和施工提供可靠的依据。     

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。     

软土狭长深基坑抗隆起破坏模式试验研究

针对软土地区基坑底土层为饱和软黏土的情况,设计了狭长深基坑的抗隆起离心模型试验,分析不同开挖深度和水位条件下的基坑围护墙弯矩、土压力分布、水平位移以及基坑隆起稳定破坏机制。基于离心模型试验的基本参数和工况,建立了有限元数值模型,分析试验工况基坑的抗隆起稳定性与破坏状态,并进行对比验证。试验结果表明：随着开挖深度和坑外水位的增加,坑底软土层产生向上的隆起变形,当隆起变形较大时,围护墙由于坑内土体侧向约束的减弱,底部产生较大的向坑内的水平位移,同时导致支撑轴力增大,基坑最终表现出围护墙绕某道支撑点向坑内的转动踢脚破坏。数值计算结果表明：随着坑外水位的升高,基坑抗隆起稳定性安全系数逐渐减小,当发生抗隆起稳定破坏时,基坑底产生较大的隆起位移,破坏机制与离心模型试验结果相同。     

Study on Deformation Characteristics of Deep Foundation Excavation in Soft-Soil and the Response of Different Retaining Configurations

In recent years, many researchers have considered the mechanical characteristics of deep foundation excavation in soft-soil. The analysis of these deep excavations requires consideration of an uncertain, nonlinear, dynamic and complicated system, and involves consideration of soil strength, stability, deformation, fluid flow and interaction of soil and different retaining configurations. It is difficult to describe such a nonlinear system using traditional analysis. Therefore, in order to accurately describe the mechanical behavior of a representative deep excavation of the subway station, in this case, 3-Dimensional geotechnical numerical analysis method using FLAC3D software was applied. Using this tool, a study considering earth pressure, soil deformation and settlement was carried out. Furthermore, the response of different retaining configurations was deeply investigated. Triaxial cement mixing piles were considered as a way to optimize deformation of the deep excavation and reduce settlement of the ground surface and the railway embankment. The analysis indicated that the deeper the foundation excavation was, the larger the surface settlement and the smaller the earth pressure. The analysis also considered the mechanical effect of varying the wall thickness and the wall depth on the structure‘s deformation characteristics. The simulations indicated that a wall thickness of less than 1.4 m effectively reduced wall horizontal displacement, ground surface settlement and uneven settlement of railway embankment. While a variable wall embedded depth that was less than 52 m also changed the settlement of the excavation deformation and the ground surface. Therefore, the numerical results can agree with the practical project to imply that numerical method in the paper is applicable and reliable, which provides a new thought to research on deep excavation in soft-soil.     

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。     

桩锚支护结构设计及支护结构变形监测分析

结合北京一个基坑支护工程,从设计角度就桩锚支护结构在基坑支护中的应用及变形控制进行了阐述。根据受力情况,护坡桩主筋配筋采用不均匀布置方式,结合工程、支护结构特点分段配筋;为了满足基坑安全及现场施工用地,砖墙设计时,在砖墙中部增设混凝土腰梁;护坡桩施工中,运用不同的施工工艺,保证了护坡范围内古树的生命安全。从基坑开挖监测角度,对支护结构顶部水平位移进行了监测,对周边建（构）筑物进行了沉降监测,同时对锚杆进行了检测与监测。结果分析表明,基坑水平及垂直变形量均在设计控制范围内,基坑整体稳定,桩锚支护结构对变形起到了有效的控制作用。     

土钉和桩锚组合式支护体系受力和变形的数值模拟

针对深基坑的土钉和桩锚组合式支护体系,通过数值计算分析基坑开挖过程对支护体系结构的位移、应力及稳定安全系数等的影响,分析基坑开挖过程引起的地层变形规律。对2种基坑支护方案进行计算,其一为采用2道土钉加上1道锚杆的土钉与桩锚组合式结构,其二为采用4道土钉加上3道锚杆的土钉与桩锚组合式结构。根据计算结果,对不同支护方案下基坑的支护效果进行了对比研究,进而分析支护方案的可行性,最后将现场实际采用的支护方案与实测结果进行了比较。     

A study into the behaviour of the formation level of an excavation under different unloading patterns in soft deposits

The construction of basements in urban areas is often associated with the possible damage to existing structures and services. The varying construction processes inevitably lead to different stress unloading patterns and therefore the dissipation of these excess pore-water pressures may lead to non-standard deformation profiles. The three main types of basement construction processes are layered excavation (LE), basin excavation (BE) and island excavation (IE). The effect of the various unloading patterns has been investigated by a three dimensional (3D) effective stress analysis method using the developed computer program 3DBCPE4.0. An excavation of length 50 m, width 50 m and depth 9 m in a certain homogenous and isotropic saturated soft soil was modelled. This included a diaphragm wall of 800-mm thickness embedded 18 m deep into the soft soil. The different excavation deformation profiles under different excavation patterns were related to the different unloading process, the exposure time of excavation face and the dissipation of negative excess pore-water pressures. The most favourable process for controlling the horizontal deformation of a retaining wall or the heave deformation of the formation level is suggested. The ground water potentials within the formation level are also presented.     

考虑基坑卸载影响的改进弹性抗力法及其应用

弹性抗力法是目前实际工程中基坑支护结构变形内力计算的一种主要方法,该方法借鉴的是计算水平荷载作用下竖直放置弹性桩的地基反力系数法,但没有考虑开挖卸载对土抗力系数和坑内土体的变形影响,因而导致变形计算值通常小于实测值。首先在开挖面施加反向自重应力模拟基坑的开挖卸荷,利用Mindlin解得到坑内土体的卸荷应力分布;在前人的实验研究基础上,推导了不同卸荷比下考虑卸荷影响的土体水平抗力系数;将支护结构的变形分解为开挖瞬时的卸载作用和基坑内外水土压力差作用2个阶段,考虑卸载应力路径对坑内土体水平抗力系数以及开挖瞬时变形的影响,对传统的弹性抗力法进行了改进,最后将该方法应用于典型三维基坑算例。研究发现,改进法得到的支护结构水平变形大于传统方法,而对内力结果影响不大;基坑平面尺寸越大,两者的变形结果差别越明显,改进法更能反映平面尺寸对基坑变形的影响     

土工格室柔性挡墙变形规律数值模拟研究

土工格室柔性挡墙作为一种新型公路边坡支挡结构,在公路工程建设中具有广阔的应用前景。柔性挡墙墙背土压力与挡墙的变形形态及位移量大小密切相关。运用岩土工程有限元分析软件Plaxis研究了柔性挡墙在不同工况下的变形规律,计算分析了挡墙的高宽比、坡度以及路基表面荷载对于挡墙的变形性状的影响。研究结果表明,高宽比较大时,挡墙的水平位移量和自身的挠曲变形较大,墙背变形表现为外凸的抛物线形。随着高宽比的减小,挡墙的水平位移量和挠曲变形逐渐减小,墙背变形形态亦发生了变化;挡墙顶部的水平位移随着坡度的变小而迅速减小;随着填土表面荷载的增大,挡墙顶部的水平位移量逐渐减小,而总水平位移量和挠曲变形却逐渐增大。研究成果为柔性挡墙土压力计算方法的提出提供合理的理论依据,对于土工格室柔性挡墙的设计具有一定的参考价值     

天津地区地铁深基坑施工安全控制标准研究

软土地区的深基坑施工中,确定合理的基坑安全的控制标准至关重要。由于不可能通过现场的全比尺试验确定这一控制标准,为此以大量的工程实测数据为基础,准确确定模拟基坑施工过程的有限元分析模型和计算参数。通过数值模拟方法,实现对基坑破坏过程的研究。分别计算当基坑即将发生整体稳定破坏时,支护结构变形量与地表最大沉降量和坑深的比值,确定适合于天津地区地铁深基坑施工安全的控制标准。