深基坑支护理念演进和设计方法改进剖析

基于我国30多年建设实践,分析现有深基坑支护临时性理念、与主体结构相结合理念实施的优点和不足,提出促进基坑支护工程高质量发展的永久化理念。结合济南某基坑工程,阐释三个理念的逐次提升和相应支护结构的计算内容,定义适应与主体结构相结合理念、永久化理念的结构岩土化、岩土结构化设计方法;重点分析土钉墙与抗浮锚杆相结合的复合土钉墙的设计,以及抗浮锚杆与外伸支撑、水平楼板永久支护结构中抗浮锚杆的力学性状与耐久性,分析了永久支护对于地下室外墙受力机制的影响,阐释深基坑支护理念演化方向和与之适应的设计改进内容。对于反思我国岩土与结构设计管理体制,促进基坑与基础设计理论和方法进步,推动“新发展理念”在基坑工程的实践具有导向价值。

弹性环梁支撑下圆形深基坑支护结构变形解析解

将环梁和支护结构分别视为弹性圆环和弹性圆柱薄壳,基于环梁和圆柱壳的变形协调,得到了具有任意数目弹性环梁支撑圆形深基坑支护结构变形的解析解.在验证解析解合理性和可靠性的基础上,针对某一实际圆形基坑工程,比较了在刚性和弹性环梁支撑下支护结构变形和内力的差异,并分析了支护结构底部边界条件、环梁弹性模量、尺寸和数量以及位置等参数对支护结构变形和内力分布的影响.研究结果表明:相对于刚性环梁支撑,弹性环梁支撑处内力变化较小,环梁弹性模量和尺寸的改变只对基坑挖掘面以上支护结构变形和内力影响显著,而对挖掘面以下的支护结构变形和内力几乎没有影响.该研究成果为圆形基坑支护结构设计提供了理论依据和指导.

深基坑岩土结构化永久支护理论与设计方法

基于对项目地下系统设计现状的深入剖析,指出岩土与结构专业分离造成基坑临时支护资源浪费、环境污染、碳排放增加等弊病,提出深基坑岩土结构化永久支护体系理论与设计方法。阐明了永久支护体系构件组成与构造过程,给出了永久支护体系承载能力极限状态和正常使用极限状态设计原则;明确了基坑开挖、构建和正常使用三个阶段的荷载组合和计算内容,建议了深、较深基坑划分界限及其永久支护结构分别适用的有限元法和弹性支点法;强调应进行支护构件的耐久性分析,证明了岩土结构化深基坑永久支护结构地下室外墙基本不承担土压力,改变了目前开挖阶段支护结构、使用阶段地下室外墙分别承担土压力即两倍建筑材料抵挡土压力的现状,显示了深基坑永久支护结构的工程价值及其推广的意义。

基于离心机和数值模拟的深基坑开挖支护结构受力和变形研究

依据实际基坑开挖和支护结构工程特性进行模型概化,得出适合的离心模型试验方案,采用离心模型试验分析超深基坑开挖过程支护结构工程的受力和变形分布规律特征。同时建立三维有限元模型对圆形基坑开挖过程中支护结构的变形进行数值模拟,并将试验和数值计算结果进行对比分析。结果表明:支护结构水平位移模式为两头小,中间大的“涨肚型变形”;并且随着基坑深度的加深,地下连续墙水平位移最大值点逐渐下移;地表沉降呈凹槽形沉降形式,随着开挖的进行,沉降槽底部向着远离基坑的方向发展;地连墙背后土压力变化值呈非线性,开挖初期,土压力沿深度变化很小,但随着开挖的进行,土压力变化量逐渐增大;数值分析与离心模型试验的开挖支护结构变形特征结果较相近。研究成果可为基坑开挖设计切实有效的支护结构提供科学依据。

盾构机始发井深基坑力学和变形特性离心模型试验研究

为探究盾构机始发井深基坑开挖过程中周边土体的应力、变形和土压力分布规律,通过对工程原型进行概化,在典型土层条件下,采用停机-开挖-支护的模拟方式开展了方形基坑和圆形基坑两种方案共2组离心模型试验,从地连墙的弯矩和其后土体的水平位移、基坑外侧土压力分布以及地表沉降等角度,对比分析了两种盾构机始发井深基坑开挖过程的工程特性。结果表明:地面沉降随基坑开挖深度增大逐渐增加,形成沉降槽状;地连墙土压力变化呈非线性,随着基坑开挖不断深入的,离地表较近处的土压力逐渐变大,而深处的土压力则逐渐减小;在第5步开挖时2组模型地下连续墙水平位移均达到最大值,圆形基坑是方形基坑的1.4倍,同时地连墙的弯矩也达到最大值,圆形基坑比方形基坑小320 kN·m。研究成果可为深埋隧道深基坑的优化设计和开挖提供指导。

深基坑开挖对临近高速公路影响及支护系统受力与变形研究

由于城市基础建设的快速发展,出现了很多近邻高速公路的基坑,对基坑及近邻高速公路的变形控制提出了新的要求.为控制临近高速公路基坑施工变形与保证高速公路安全,根据某深基坑临近高速公路施工的工程概况、施工方法与加固措施,采用有限元方法考虑车辆荷载后建立三维数值模拟模型,系统性地分析了基坑开挖过程中及开挖后高速公路路面的位移、支护结构的位移及内力变化规律.结果表明:基坑开挖后高速公路路面呈现中间沉降、两侧隆起的现象,路面与支护结构均会发现偏向基坑方向的水平位移,支护结构会整体“上浮”,支护结构呈现出中间横梁受压、两侧横梁受拉且压力远大于拉力的现象,增加支护密度可以有效减小路面与支护结构位移.

超深基坑吊脚桩局部稳定性分析

目前基坑设计中对于吊脚桩预留岩肩的宽度和支护桩的嵌固深度取值大多从对上部支护结构内力及变形的影响角度出发,往往忽略了支护结构底部附近的局部稳定性问题。依托珠江三角洲水资源配置工程超深竖井项目,提出了外倾结构面下或破碎岩体吊脚桩基坑可能存在的3种破坏模式,采用极限平衡法分别给出了不同破坏模式下稳定安全系数的计算方法。同时针对不同破坏模式下,影响稳定安全系数的参数如岩层的埋深、结构面的倾角和力学参数、岩肩宽度、岩肩深度等进行了分析,结果表明外倾结构面倾角、结构面或岩体的力学参数对稳定安全系数影响较大。研究成果可为类似工程提供参考。

桩撑式支护基坑通用弹性地基梁分析法

弹性地基梁法常用于模拟分析桩撑(锚)式支护基坑在开挖、设撑等施工工况中变形和受力的变化。目前利用该方法对某工况基坑分析时,首先要将整个支护桩在支撑处划分为若干个桩段,然后利用相邻桩段交界处的位移连续条件和受力平衡条件,推导出相应的待定参数方程,之后再利用求出的待定参数分析支护体系(基坑)的变形和受力。由于不同施工工况对应的支撑数和桩段数不同,因此该方法必须根据不同工况重新推导各自的参数方程,从而导致计算过程繁杂,难以形成通用计算公式和方法,也不易编程等问题。通过将支撑与桩段归纳为3种基本连接形式(即支撑分别相连于桩顶、相邻两桩段之间和坑底),本文建立了相邻两个桩段间待定参数的递推公式,进而推导出了适用于内支撑和锚索支撑形式、任意支撑道数、开挖或设撑工况的通用待定参数方程。该方程仅含4个参数,远少于现有方法且易于求解。文中算例结果验证了本文方法的合理性和可行性。

深基坑支护结构设计与施工质量控制研究

在社会经济不断发展背景下,轨道交通工程项目也日渐增多。深基坑支护作为轨道交通基础工程的重要构成部分,其施工好坏会直接影响到轨道交通运行的稳定与安全。因此,需要结合实际对深基坑支护结构进行科学设计,对于整个支护施工过程也要实施严格控制,避免发生质量问题。围绕深基坑支护结构设计的主要内容,对深基坑支护施工需要注意的要点进行详细阐述。以实际工程案例为例,从前期工程勘查分析、确定支护结构形式、组织开展施工作业、强化支护施工管理等方面入手,详尽探讨深基坑支护结构设计与施工过程,以及取得的效果,为类似工程作业提供借鉴。

软土深基坑降水开挖变形分析

【目的】研究软土深基坑降水与开挖对支护结构及周边环境的影响。【方法】以深圳某地铁深基坑工程为例,运用ABAQUS有限元软件建立三维基坑模型,分析深基坑降水与开挖对支护结构、临近地表与建筑物沉降变形的影响,同时将监测数据与模拟结果进行对比分析。【结果】结果表明:地下连续墙水平变形呈抛物线形,基坑中部水平位移变形较大,底部位移变形小;临近地表沉降位移呈现先增大后减小的趋势,地表与建筑物沉降变形均在控制范围内;基坑开挖后中部支撑轴力最大,基坑开挖变形结果与实际监测值一致。【结论】通过分析基坑变形规律,为今后软土深基坑降水及开挖研究提供参考。

地铁深基坑围护结构渗漏病害规律分析

为掌握深基坑围护结构渗漏病害规律,本文阐述了杭州地铁工程概况和工程地质背景,基于2015—2021年渗漏病害资料开展统计研究,分析渗漏与地质、地理、结构和变形等因素的关系。结果表明:(1)工程地质层③、⑥在渗漏病害发育的地层岩性中占据主要地位,孔隙潜水则是渗漏的主要地下水来源。(2)补给基坑渗漏的邻近河流侧向比降分为少发(i≥0.117),多发(0.022≤i<0.117)和易发(0.006≤i<0.022);5 d累积降雨量分为低雨强(0~25.4 mm/5d)、中雨强(25.4~67.1 mm/5d)和高雨强(67.1~82.3 mm/5d),并分别能够诱发Ⅰ~Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级渗漏。(3)深基坑围护结构转角接缝是渗漏易发部位,5 d累积降雨量较小的Ⅳ级病害站次围护结构多具有严重缺陷。(4)渗漏分布在开挖面以上5 m范围内,最浅临界埋深与开挖深度、最浅临界开挖深度与基坑设计深度均呈指数关系;渗漏位于最大侧向变形以上6.0 m、以下2.5 m范围内,二者深度整体呈线性正相关;渗漏深度与最大侧向变形/变形深度关系呈分区线性负相关,不同分区拟合直线斜率相近。讨论渗漏病害发育规律的机制,选取典型工程实例判别渗漏风险,验证规律分析的可靠性,研究结果可为富水砂层深基坑工程渗漏预防提供参考。

某超深圆形基坑围护结构优化分析

针对佛山市某超深圆形工作井围护结构设计问题,结合地层特点采用数值模拟及现场实测手段对原设计方案进行分析.对围护结构厚度及嵌固深度进行优化分析,探讨相同条件下基坑稳定性随着围护结构厚度及嵌固深度的变化规律.结果表明:开挖面入岩的超深圆形基坑自稳性好,从经济角度考虑,围护结构嵌岩不宜深;足够刚度的内衬墙基础上,较薄的地连墙嵌固很浅也可检算通过,且有较大安全富余,可为相关工程提供参考.

受邻近开挖影响的浅基础砌体结构三阶段分析法

浅基础砌体结构的材料力学行为和受力体系决定了其对变形极其敏感,尤其是邻近深基坑工程施工时,需在基坑开挖前对影响范围内的砌体结构建筑进行安全评价。鉴于此,提出一种用于受邻近深开挖影响的浅基础砌体结构变形和损伤分析的三阶段分析法。三阶段分析法依托于数值模拟,根据影响因子权重依次构建地基结构模型、荷载结构模型和分离式砌体模型,在减少计算量的同时,尽可能准确预测砌体结构的变形和损伤风险。本文依托杭州市某深基坑工程,采用该分析法对受深开挖影响的砌体结构建筑进行深入分析,结合实测数据验证计算结果。结果表明,三阶段分析法能较好地反映因基坑开挖引起的周边建筑物的变形和表观损伤情况,在评价浅基础砌体结构损伤、预测结构变形等方面有较好的适用性,可为基坑开挖与周边建筑物相互影响的超前预测提供一种思路。

高层建筑深基坑支护结构位移动态监测方法

针对高层建筑深基坑支护结构位移监测时,位移轨迹、位移速率以及位移时间变化监测准确性较差问题,本文研究了高层建筑深基坑支护结构位移动态监测方法。对支护结构位移影响因素进行具体分析,生成了影响指标;再对基坑数据进行采集,建立数据集并进行降维处理;计算获取目标函数,结合影响指标建立时间序列模型,依据对模型的计算建立动态变量矩阵;通过对矩阵的计算获取动态监测数据的统计量,完成支护结构的动态监测。研究结果表明:运用该方法进行监测时,位移移动轨迹监测误差为0.1,位移速率保持在0.9 mm/d以下,且与实际位移速率基本一致,纵向位移量达到202 mm,且与实际沉降量一致。本文方法能够有效应用于高层建筑深基坑支护结构的位移动态监测,为保障高层建筑的稳定性和安全性提供重要的技术支持。

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。

深基坑工程不同施工阶段对其围护结构及临近在役铁路路基稳定性影响分析

为研究基坑工程不同施工阶段对基坑围护结构及临近在役铁路稳定性的影响,针对盐城市铁路综合客运枢纽能源中心深基坑工程,首先分析不同施工阶段对基坑围护结构变形量的影响;然后基于临近铁路路基沉降变形监测数据,分析各施工阶段对铁路路基稳定性的影响。研究结果表明:土方开挖过程中基坑圈梁水平和竖向位移、支撑轴力、格构柱竖向位移均呈逐步增大的变化规律,支撑施工及底板浇筑过程中基坑各结构的位移量及支撑轴力逐步减小;随着施工进程的不断推进,铁路路基的竖向位移逐渐增大,直至拆撑结束后逐渐趋于稳定。最后通过收集若干基坑开挖对临近铁路路基影响的工程实例,发现铁路路基最大沉降值S_(max)与mH_(e)/L_(t)(m为基坑靠近路堤一侧的宽度、L_(t)为基坑坑壁至路基坡脚线的水平净距、H_(e)为基坑开挖深度)存在良好的对数关系。

富水砂层深基坑支护结构模拟分析与优化

基于北京市通州区某深基坑工程,依据降水开挖及支护方案,使用midas GTS NX软件建模研究了在土钉墙-桩锚联合支护下,不同锚杆条件对富水砂层深基坑开挖变形特征的影响,并基于实际施工方案进行支护结构优化。结果表明,桩锚支护中预应力锚杆能够有效加固深层土体,约束其水平位移,显著改善基坑稳定性,相较于无锚杆情况,坡顶和桩顶的水平位移最大值分别减少了60.9%和75.4%;桩锚支护情况下,桩身侧移随桩直径的增大先减小后增大,存在最优桩直径范围,且该范围受到锚杆预应力大小的影响。

深大基坑边坡绿色装配式面层防护结构受力与变形分析

[目的]深大基坑开挖活动会破坏土体原始应力场的平衡状态而产生变形,采用GRF(绿色装配式)面层防护结构能在绿色环保、高效施工的前提下控制基坑变形,因此需对深大基坑边坡GRF面层防护结构的受力与变形性能进行深入研究。[方法]以南宁国际空港综合交通枢纽深大基坑工程为依托,采用有限元数值模拟与现场实测相结合的方法,研究基坑边坡顶部GRF面层防护结构,以及基坑内部桩间GRF面层防护结构的受力与变形规律。[结果及结论]随着基坑开挖深度的增大,基坑边坡顶部的最大水平位移出现位置逐渐向坡脚方向移动,最大水平位移为8.67 mm;采用GRF面层防护结构能有效提高基坑顶部边坡的稳定性,锚杆能将GRF面层所受的部分荷载传递至土层中,进而减小GRF面层的变形与受力;桩间距对土拱效应发挥的影响较大,本工程桩间距可提高至2.5 m左右,桩间土拱效应在桩顶下方7~8 m处最为明显。

深厚淤泥土深大基坑群同步开挖对紧邻建筑的影响

超大型基坑群工程开挖过程中的群坑耦合效应对土体变形和构建筑物的影响极大,且在深厚淤泥层等软弱地层中施工时其影响程度更加剧烈。因此在含深厚淤泥土的深大基坑群工程中选取适当的开挖顺序对降低保护区的土体扰动有着重要意义。依托于深圳某复杂深大基坑群工程,通过有限元三维数值模拟,探究了两侧基坑群5种不同施工方案对围护结构和敏感建筑的影响。结果表明:由于淤泥、淤泥质土等具有高流变性、高压缩性,土体水平位移较相邻上下土层产生了突变,于C区西南方向侧墙中下部分达到最大,为4.46 mm~7.01 mm,东南方向地连墙水平位移为2.67 mm~5.00 mm;当敏感建筑物周边有多个基坑时,深长基坑与保护区相邻小基坑同步开挖可进一步降低沉降敏感建筑所在场地的竖直位移,较原开挖顺序降低了31.7%;先开挖深长基坑再对小坑进行施工的工况开挖完成时围护结构侧移最小,但在对拉锚索连接的情况下同步开挖深长基坑与相邻基坑可降低群坑的时间效应,可进一步协调和控制基坑长时间施工后的最终变形。