多含水层地层45m级基坑承压水控制设计与实践

城市深层地下空间开发已成为城市发展的必然趋势,越来越多的超深基坑工程逐渐涌现。上海作为典型滨海地貌单元分布区,深部分布有复杂的多层含水层,包括微承压含水层及第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ承压含水层,部分相互联通的巨厚承压含水层厚度达50m以上,因而超深基坑实施将涉及更为复杂的多层承压含水层减压控制设计。为此,依托某挖深达45m的非圆形基坑工程,基于现场抽水试验开展了深部承压含水层水文地质参数反演分析,提出了同时满足坑内减压需求及坑外环境影响控制要求的隔-降-灌一体化承压水分层减压控制设计原则及双帷幕体系隔水方案。背景工程的承压水试验试运行及正式减压降水控制运行的实施效果良好。

软土地层45m级超深基坑工程实测变形性状分析

以上海软土地区某挖深45m级超深基坑工程为背景,分析了其实测变形特性。结果表明:地下连续墙的侧向位移随开挖深度的增大而逐渐变大,且变形空间效应显著;由于开挖深度大,地下连续墙的绝对侧向变形量也较大,但最大侧向位移平均值与开挖深度的比值仅为0.43%,与上海软土地区挖深小于30m的基坑变形统计平均值接近;地下连续墙及立柱受开挖卸荷影响,竖向位移表现为隆起,且在底板浇筑工况下隆起值趋于稳定,立柱的最大回弹达65mm;各道支撑轴力增量基本发生在紧邻下方土体开挖工况,且最大轴力值基本发生在第六、七、八道支撑中;基坑外地表沉降均呈“凹槽形”,随施工阶段的推移地表沉降逐步增加,且发生最大沉降的位置随之逐步向坑外发展,而无量纲化地表沉降仍处于上海软土地区统计的沉降包络线范围之内;此外,基坑周边管线、磁悬浮的变形均较小,表明基坑工程的安全可控。

软黏土小应变本构模型参数研究与应用

小应变范围内土体刚度的非线性特性是土体的重要特性之一,合理获取小应变参数对基坑工程周边环境变形分析至关重要。以上海软黏土为例,采集了该地区的典型黏土层(②~⑥层)的原状土样进行了试验研究,提出了由常规岩土勘察报告提供的压缩模量E_(s1-2)确定刚度参数E^(ref)_(oed)、E^(ref)_(50)、E^(ref)_(ur)及小应变剪切模量G^(ref)_(0)的方法,给出了R_(f)、m、ν_(ur)、γ_(0.7)等参数的取值范围,结合勘察报告提供的c′、φ′等强度参数指标,可以合理得到HS-Small模型的全套参数,上述方法及模型参数已被纳入上海市《基坑工程技术标准》。最后,基于该方法确定的小应变模型参数,对上海深隧排水系统云岭西超深竖井基坑进行了三维数值分析,验证了小应变本构模型在超深基坑工程中的适用性。

86m超深水泥土搅拌墙试验研究与工程应用

上海某挖深达4545m的隧道工作井超深基坑工程涉及复杂的多层承压含水层减压降水,且周边邻近磁悬浮等重点保护对象。为避免基坑侧向渗漏和基底突涌风险,并控制抽降深部承压水对周边环境的影响,于超深地下连续墙围护墙的外侧设置厚09m、深69m的TRD工法等厚度水泥土搅拌墙形成双帷幕体系。如此深度的TRD工法实施尚无先例可循,故于正式施工前采用新型TRD-80E工法机,开展了86m深的TRD工法成墙试验,确定其施工能力、施工工效及施工参数。试成墙为后续69m深TRD工法正式成墙的顺利实施提供了依据,正式成墙墙体质量检测和周边环境监测结果表明,墙体的强度、渗透性均满足设计要求,且环境影响较小。在基坑开挖前开展了双帷幕间的试抽水试验,结果表明TRD工法隔水帷幕内外水位降深比约300∶1,停抽后水位恢复极缓慢,进一步验证了TRD工法超深隔水帷幕良好的隔水效果。

软土地层超深基坑支护结构变形特性三维分析

某基坑开挖深度达45.45 m,为目前上海最深的矩形基坑,采用1.2 m厚地下连续墙结合9~10道钢筋混凝土支撑支护。针对如此深的矩形软土地层基坑受力和变形性状少有研究。采用有限元软件Plaxis3D建立了基坑三维模型,并采用HS-Small本构模型,对基坑开挖全过程进行了模拟,系统分析了支护结构力学行为。结果表明:连续墙变形形态呈纺锤型,变形呈现出显著的空间效应,计算变形的平均误差仅8%;墙后地表沉降呈凹槽型,基坑长边地表沉降明显大于短边沉降,计算地表沉降形态与实测值大致吻合,但由于没有考虑软土流变等因素计算值明显小于实测值;连续墙最大弯矩位于开挖面附近,计算弯矩分布与通过实测变形反算的弯矩基本一致;计算得到的各道支撑最大轴力与实测值平均误差仅约11%;采用HS-Small本构模型的三维数值分析能够较好地预测软土超深基坑支护结构的力学行为。

围护墙已实施的贴边大面积坑中坑大幅调深的设计对策

昆明市综合国际交通枢纽建设项目位于官渡区菊华立交附近,基坑总面积达5.68万m^(2),挖深约18.1~20.5m,为超大规模超深基坑工程,且周边紧邻地铁车站、浅基础住宅等,环境条件复杂敏感。基坑原设计总体采用地下连续墙结合三道圆环支撑体系的整坑顺作方案,然而在基坑周边围护体既已实施完成的条件下,因塔楼区域底板厚度设计深化需求导致塔楼贴边区域挖深剧增。为控制落深区对既有围护体的不利影响,通过系列计算分析,提出普遍区域先行浇筑底板、塔楼区域增设第四道钢支撑的设计对策,实现塔楼贴边落深区域基坑实施安全可靠、施工便利、造价经济的综合目标需求。

地下空洞引起土质地层地陷的形成机制与预测研究

地下空洞引起的土质地层地陷是地质灾害的一种常见形式。由于地陷产生的原因非常复杂,目前相关研究还处于起步阶段。通过地陷成因和实例分析,首先确认了软土和粗粒土地层的地陷破坏模式。然后对软土地层圆柱形地陷,采用土体塑性极限平衡理论导出了计算地陷安全系数的公式,并据此分析了影响地陷的相关因素。对粗粒土地层地陷的圆形塌陷漏斗,基于散体流动理论提出了粗粒土流失判据,推导了地陷安全系数计算公式;通过分析粗粒土地层地陷形成规律,提出了基于土层厚度和地陷漏斗最大沉降的地陷预测与评估方法。最后,采用数值模拟方法分析了软土和粗粒土地层地陷时的地层变形规律,对所提地陷模型的合理性进行了说明。本文研究成果可为认识土质地层地陷的形成机制和地陷防治提供参考。

加筋土坡的可能滑移模式和基于库仑理论的稳定分析方法

加筋土坡因其填方量少、工期短、经济安全等优势在国内外已得到广泛应用,故其稳定性分析也显得尤为重要。目前,已有多位学者将极限分析上限定理运用于加筋土坡的稳定性分析中,并假定水平条块速度间断面。然而在其分析过程中,构造的速度场并不符合位移协调条件。提出了由于筋材的隔断作用形成的斜向界面破坏模式,并计算相应速度场式,分别提出主动、库仑、被动三种滑移模式。通过计算比较发现,在加筋间距较密时,库仑模式总是相应安全系数最小的控制工况。实际工作中,可以只使用这一概念清晰、计算简便的方法分析加筋土坡的稳定性。为方便工程设计快速获取安全系数或筋材间距,将土坡各参数进行无量纲化,绘制了安全系数图,并与Michalowski设计图表进行对比,验证了该算法的有效性。且针对多个实际工程算例进行验算,验证了库仑模式上限法的可行性。

小应变本构模型在超深大基坑分析中的应用

借助大型岩土工程有限元软件Plaxis3D,根据系列试验获得能考虑土体小应变特性的HS-Small模型参数,对顺逆作结合施工的上海国际金融中心深基坑工程的施工过程进行了模拟分析。基于工程实测和数值分析结果,分别研究了基坑顺、逆作区在各个工况下的围护结构变形规律、周边土体变形、支撑轴力及墙后侧压力等。结果表明,基坑内绝大部分区域的土体剪应变均处于小应变范围内,说明了基坑有限元分析采用小应变土体本构模型的必要性。且基于HS-Small本构模型的三维有限元分析结果和实测数据能够较好吻合,表明该方法适用于顺逆作结合实施的复杂深基坑工程的分析。

软土地区56 m超深圆形竖井基坑支护结构力学分析

上海苏州河段深层排水调蓄管道系统工程中的苗圃竖井基坑内径30 m,挖深56.3 m,为软土地区超深圆形基坑工程。为简化施工组织难度、缩短施工周期,通过计算验证分析由原逆作内衬墙方案优化为顺作环梁方案的可行性。采用大型岩土工程有限元软件Plaxis3D,针对该竖井基坑的顺作优化方案,建立考虑土与结构共同作用的三维有限元模型,采用考虑土体小应变特性的HS-Small本构模型,对基坑的开挖进行全过程模拟,验证优化方案的可行性。分析表明:(1)超深圆形基坑的地下连续墙随开挖深度的增加变形逐渐增大,变形形态为“凸肚形”;(2)地下连续墙表现出以环向轴压为主、竖向受弯为辅的受力性状。通过对数值分析结果和工程实测数据的对比,表明地下连续墙的变形及受力性态与实测值较吻合,说明采用小应变本构模型计算分析超深圆形基坑具有较好的适用性。

软土超深大基坑工程施工监测分析

以上海国际金融中心超深大基坑工程为背景,分析了软土层中顺逆作分区交叉实施的坑外土体变形特性及立柱变形和支撑轴力变化等情况。实测结果表明,地下连续墙后的土体侧向位移随施工工况逐步发展,变形形态为"纺锤形";墙后土体侧斜与墙体侧斜相协调,且土体侧斜随距坑边距离增加而减小;此外逆作区受顺作区开挖卸荷及时间效应影响的变形增量及影响范围均较大。墙后土体应变主要发生在基坑开挖面附近,且剪应变值基本处于小应变范围内。立柱的位移表现为隆起,且隆起量随开挖工况逐步发展,随底板浇筑后趋于稳定。支撑轴力增量主要发生在邻近下两皮土方开挖工况下。地下水位监测表明,采用新型TRD工法构建的等厚度水泥土搅拌墙作为悬挂止水帷幕起到了较好的隔水和遮拦作用。围护墙两侧的侧压力分布形态类似三角形分布,侧压力均随着施工工况而逐步减小,且实测侧压力值较理论值偏小。

软土地区56m深圆形基坑的优化设计与实践

上海苏州河段深层排水调蓄管道系统工程中的苗圃竖井基坑直径30m,挖深56.3m,为软土地区超深圆形基坑工程。由于原设计逆作内衬墙方案多达15个施工工况,施工组织难度大,提出了竖向设置5道环梁的顺作优化方案。基坑开挖前采用三维m法,考虑土与结构共同作用的三维有限元法分别对优化方案和原设计方案进行了模拟分析。结果表明:优化方案的地下连续墙满足承载力要求,验证了优化方案的可行性。采用优化方案实施的苗圃竖井基坑实测数据与计算结果规律基本一致;地下连续墙侧向变形很小,对周边建(构)筑物影响也很小;地下连续墙表现出以环向轴压为主、竖向受弯为辅的受力性态。苗圃竖井基坑采用顺作优化方案,实施顺利并取得了良好的技术经济效果,为软土地区类似超深圆形基坑工程设计和施工提供了借鉴。

邻近地铁隧道的软土深基坑变形实测分析

上海外滩596地块超深基坑紧邻地铁9号线区间隧道及一系列管线和建筑物。为控制基坑施工对周边环境(尤其地铁隧道)的影响,本项目设计采取分坑顺作、两墙合一地下连续墙、钢支撑轴力补偿体系、被动区加固、抽条分块开挖等系列措施。实测结果表明,远离地铁侧的地下连续墙最大变形为45.6 mm,邻近地铁侧地下连续墙最大变形为17.2 mm,邻近地铁隧道的最大隆起量为12.9 mm。所采用的设计方案满足了地铁的变形控制要求。

上海国际金融中心超深大基坑工程变形性状实测分析

上海国际金融中心设置5层地下室,基坑总面积为48860m2,周长约为950m,基坑普遍区域挖深为26.5m,以此超深大基坑为工程背景,分析了软土层中顺逆作分区交叉实施的基坑变形特性。结果表明:顺作区和逆作区外围地下连续墙各测点的侧向位移规律相似,最终变形形态为“纺锤形”,且变形空间效应显著;逆作区受顺作区开挖卸荷及时间效应的影响,侧向位移增量较大,逆作区开挖对已完成地下结构施工的顺作区影响有限,中隔墙在逆作区开挖期间墙体产生侧向位移回复趋势;顺、逆作区墙后地表沉降分布形态相似,均呈现凹槽形,且无量纲化的地表沉降曲线均位于上海地区地表沉降统计的包络线范围内;在顺作施工而逆作区处于暂停状态期间,逆作区地表沉降发展显著。

加筋土边坡稳定分析安全判据和标准研究

为了研究加筋结构稳定分析的安全判据和相关标准,基于库仑理论计算加筋土边坡安全系数的方法,将可靠度理论应用于目标可靠度指标为3.7、允许安全系数为1.34(较未加筋边坡的规范值略高)的一个典型算例中;并假定黏聚力c、摩擦因数f和筋材强度T的变异系数分别为0.2,0.1和0.07,获得其分项系数标定值为γc=1.38,γf=1.26和γT=1.05。基于相对安全率的概念,通过改变坡高、坡度和其他材料参数对上述标定值进行普适性论证;并采用承德机场工程实例对标定值进行了验证。结果表明:分项系数的标定值与国内外相关规定接近;普适性论证中良好的回归结果证明标定的允许安全系数和分项系数值与对应的可靠度指标具有同一风险控制标准;特别需要指出的是,随着坡度的增加相应安全指数的变化是平稳的,因此人为地将结构分类为墙或边坡是没有必要的。