软土地区超高层建筑岩土工程关键问题及沉降控制研究

以上海中心大厦为例,对软土地区超高层建筑桩型选择、桩基承载力计算、沉降计算参数取值及沉降计算等岩土工程关键技术问题进行了总结和研究。超高层荷载大,对桩基承载力要求高,桩型选择需结合周边环境、桩基承载力要求、施工可行性等因素综合考虑后确定,软土地区超高层建筑采用后注浆大直径超长灌注桩是适宜的。超高层建筑基础沉降要求高,需结合地层条件、结构特点、荷载分布情况、周边环境等因素综合考虑,确定沉降计算参数及计算方法。经采用多种计算方法进行沉降预测,塔楼沉降量估算值为75~120 mm,最终实测总沉降量约100 mm,有限元法的预测结果与实测值更为吻合,其中结构封顶时沉降量占最终沉降量的90%左右,沉降变形主要发生在工程建设期间。

基于超大超深立井的凿井井架结构选型与设计

立井凿井井架是立井井筒施工期间进行提升和悬吊施工设备而设立的特殊钢结构体。近年来,随着我国矿产资源开发建设的不断发展,矿井的开采深度超过2000 m、井筒直径超过10 m时,现有的凿井井架无法满足施工的需要。研究设计了超深凿井井架,能够满足凿井井筒净直径11 m、凿井深度2500 m的施工要求。为进一步完善超大超深井凿井井架的设计理论,提升深井凿井技术装备水平,利用互联网技术对凿井井架工作状态下杆件的应变进行实测,既可以进一步提升立井井筒施工的信息化水平,也确保了超深立井凿井施工的安全。

超大直径盾构隧道工作井深基坑变形预测

目的:深基坑的变形预测是岩土工程领域的一大关键问题,为了高效、准确地预测深基坑工程的变形情况,提出一种优化MSD(可发挥强度设计)基坑变形预测法(以下简称“MSD法”)。方法:基于现有的MSD法,引入围护结构弯曲变形能和内支撑压缩弹性势能,将围护结构纳入计算体系;介绍了基于优化MSD法的各阶段基坑变形计算步骤;以济南黄河隧道北岸盾构工作井基坑工程为例,对深基坑变形进行有限元模拟;以基坑长边中点位置处的测点为例,将施作内支撑后的实际监测结果、优化MSD法所得计算结果和有限元模型获得的数值模拟结果进行对比分析。结果及结论:随着围护结构埋深的增加,围护结构的变形呈现先增大后减小的趋势;围护结构水平变形峰值约为30 mm,出现在围护结构埋深25 m处;在围护结构埋深大于10 m处,优化MSD法的计算结果与实际监测结果的吻合程度高于数值模拟结果;优化MSD法的计算值与现场实测值在趋势上高度相同,但二者的数值仍有偏差。

超大直径全断面竖井掘进机分级开挖刀盘结构设计及应用

为了匹配掘进机驱动系统的国产化、通用化,降低制作难度,缩短生产工期,开发出一种采用常规动力系统且能满足驱动要求的超大直径全断面竖井掘进机分级开挖刀盘。依托国内某竖井项目工程,基于分级开挖的设计方法,研制出一种采用5.3 m主轴承驱动、直径21.85 m内嵌滑动刀箱的分级开挖刀盘。该分级开挖刀盘通过滑动刀箱上下伸缩控制滚刀位置高度的变化,使每一次破岩只有部分滚刀参与,达到降低刀盘掘进时所需的转矩和功率的目的。在实际工程应用中,刀盘掘进转矩小于17000 k N·m,最大日进尺为1.8 m,平均日进尺约为1 m,刀盘应用效果较好。最后,根据实际应用效果指出分级刀盘设计存在的不足和需要改进的地方。

某邻地铁超大直径圆环撑软土深基坑变形特性分析

以深圳都市茗荟花园(二期)基坑为工程背景,对超大直径圆环撑软土深基坑支护桩侧向变形、地面沉降、支撑轴力等监测数据进行了分析,分析了基坑变形的时空分布特征,探讨了基坑变形与开挖深度、软土厚度的关系,得出下列结论:(1)支护结构的最大变形随着基坑开挖深度的增加而逐步增大,基坑开挖至坑底后,整体变形最大位置位于基坑两侧长边中部采用圆环支撑部位。(2)咬合桩+刚度较大的超大直径环形钢筋砼撑结构应用于软土深基坑中在变形控制及减小基坑工程对周边变形影响等方面均非常有效。(3)随着基坑向下不断开挖,三种方式所反映出的支护结构的最大水平位移量均逐渐增加,但变化幅度有一定的差异。

大直径超深竖井基岩段中深孔爆破参数优化及应用

千米级超深竖井具有地应力大、地层岩温高、穿越地层条件复杂等特点,使得竖井钻爆掘进凿岩成孔难、炮孔利用率低、井壁成形质量差。为了解决高应力坚硬围岩下竖井快速钻爆问题,结合山东某金矿超深竖井基岩段钻爆掘进,通过对起爆方式、雷管类型、炮孔设计等爆破设计参数进行分析和研究,提出了适用于大直径超深竖井基岩段中深孔爆破的参数。现场实践表明,优化爆破设计参数较好地解决了竖井轮廓成形、破碎块度、超欠挖工况等问题,实现了大直径超深竖井的快速掘进。

大深径比深小孔圆柱度误差评价

针对直径在1 mm以下、深径比超过10∶1的深小孔检测及评价困难的问题,提出使用超声波设备对大深径比的深小孔进行检测的方法。利用电火花穿孔机在实验工件上加工出直径1 mm、深度为100 mm的通孔,借助搭建的超声波检测平台将深小孔视作工件的内部缺陷,在工件表面对加工的深小孔工件进行检测;将超声波设备检测获取的声程时间数据通过坐标化处理,转化为深小孔的坐标数据,在MATLAB软件中利用遗传算法优化的最大内接圆柱法、最小外接圆柱法、最小二乘法和最小区域法等4种圆柱度误差评价模型,对深小孔的坐标数据进行误差分析。结果表明:采用提出的检测方法可成功检测大深径比深小孔;采用遗传算法优化的4种圆柱度误差评价模型均可求解出对应的圆柱度误差,且符合最小区域法误差最小的准则。

超深埋大直径盾构法调蓄隧道的防水设计

针对上海苏州河段超深埋、衬砌需承受内外水压的大直径盾构法调蓄隧道,论述了管片接缝防水设计的思路,其包含接缝密封垫的防水指标要求、双道密封垫的设置原因、衬砌变形缝防水、螺孔防水、嵌缝及手孔封堵等内容,并重点介绍了密封垫的材质、断面构造形式、锚固式密封垫的应用情况以及密封垫的水压试验结果。

深厚软土地层超长超大直径扩底桩承载力性状及机理研究

深厚软土地区超长超大直径扩底桩荷载传递机理复杂,且国内相关工程数量少,可供施工人员参考资料有限,传统桩基理论已无法合理的分析其工作机理和受力特性。文章依托深圳大运枢纽超长超大直径扩底桩工程,通过现场静载试验与数值仿真分析,研究了在深厚软土地层中超长超大直径扩底桩在静载作用下的荷载传递机理及沉降规律。基于荷载传递法,针对深厚软土地基的特殊性质,考虑了桩侧土初始剪应力、软化特性以及桩端土加工硬化特性,进行了沉降公式的推导。并基于MATLAB,开发了高性能的迭代算法以研究单桩的承载力性状。结果表明:现场试验、数值模拟与理论算法得到的荷载-沉降曲线线型吻合较好。当传递深度达到约0.4倍桩长时,下部桩身基本不产生压缩变形;桩基极限承载力大于设计值,存在较大的承载潜力,桩基设计较合理,满足承载力要求,可以为同类地区桩基工程设计与施工提供参考。

软土地区超大环形支撑基坑的工程实践

介绍了一直径161 m的双层超大环形支撑在软土地区的设计、分析与实践。基于Plaxis软件的数值分析方法采用HSS模型对环形支撑在荷载作用下的变形特征进行了理论计算,并与实际检测数据进行对比分析。最后,基于本工程的特点与难点,对基坑施工、开挖过程中的施工要点和风险控制措施进行了总结。结果表明:环形支撑可有效节约工程造价与工期,对周边环境变形有较好的控制效果;采用HSS模型,选择合适的设计参数,能有效模拟环形支撑深基坑变形,实测结果与有限元分析相匹配,具有很高的工程实用价值。

超深长斜井反井钻机大直径导井一次成型施工技术

浙江缙云抽水蓄能电站超深长斜井具有复杂的地质条件,导孔和导井的施工难度比较大,而且还很容易产生偏斜问题。因此通过分析超深长斜井反井钻机大直径导井一次成型施工技术,解决了超深长斜井导井施工施工中的各种问题,顺利贯通大直径导井,提高整体施工质量和安全性。

地裂隙地质条件下水中大直径桩基施工技术

自19世纪初叶至今,国内外桥梁建造高速发展,施工技术水平不断革新和提高,目前,国内外公路、铁路跨越河流进行基础深水施工的桥梁工程极为普遍,但同时具有深水、大流速、裸岩、河床倾斜等条件下进行基础施工的桥梁还不多见。本文以某特大桥为例,介绍了相关地质情况的桩基施工技术。

超高层建筑钻孔灌注桩基础压缩变形及沉降探析

在黄土地区建造超高层建筑时,由于地质条件的限制,钻孔灌注桩成为一种常用的基础工程技术。与其他区域相比,黄土地区常采取泥浆护壁的钻孔灌注桩施工技术。钻孔灌注桩的设计需要考虑施工工艺技术以及土层的物理力学参数、承载力和变形特性,以确保建筑物稳定和安全。结合工程实例对超高层建筑下钻孔灌注桩的压缩变形及沉降进行初步分析。

全套管全回转钻机在断裂带软硬交互岩层大直径超深成桩中的应用

云南省昭通市镇雄县鱼洞乡特大桥5号主墩部分桩基位于断裂带软硬交互岩层,桩基直径达2.8 m,最大深度达94 m,冲击钻成孔和旋挖钻成孔技术难以满足成桩质量和工期要求,本文提出利用DTR3205H型全套管全回转钻机进行成桩施工,介绍了全套管全回转钻机施工工艺,分析了施工流程和关键技术。全套管全回转钻机依靠冲击锤和冲抓斗反复冲击和抓取破碎岩体,可避免出现塌孔、卡钻、埋钻现象,有效阻隔地下承压水的影响,可满足大直径超深桩基施工;双套管分级钻进部分套管取出钻进技术工法成熟,成桩质量高,成桩速度较快,同时节约了工程投入。相关工程经验可为类似桩基工程施工提供借鉴。

上海中心大厦大直径超长灌注桩现场试验研究

中国在建第一高楼上海中心大厦(632 m)采用了直径为1 m、桩端埋深88 m的大直径超长灌注桩,有别于金茂大厦(420 m)、上海环球金融中心(492 m)另两栋超高层建筑所采用的钢管桩。通过现场试桩验证成桩可行性及承载力取值,试桩载荷试验加载至极限,采用分布式光纤量测桩身应变,同时为研究上海软土地区大直径超长灌注桩承载特性及荷载传递机理提供了有价值的数据。试验结果表明:试桩破坏前,Q–s曲线近似为线性,破坏时,桩体发生刺入变形;桩侧桩端联合后注浆桩与桩端后注浆桩在侧摩阻力分布及发挥性状方面存在显著差异;黏性土中桩侧摩阻力充分发挥所需桩土相对位移小于5 mm,砂性土中小于10 mm;桩土相对位移超过极限位移后,埋深较浅的黏性土中由于桩土相对位移大出现明显的软化现象;与规范值相比,有效桩长范围内浅部土层中桩侧摩阻力小于规范取值下限,深部土层中桩侧摩阻力达规范取值上限的2倍以上;试桩端阻比较小,表现出摩擦型桩特性;桩身压缩占桩顶沉降95%左右,桩顶沉降主要由桩身压缩产生。试桩试验为上海软土地区600 m超高层建筑首次采用灌注桩提供指导和技术支持。

新型单平台凿井井架在深大立井井筒施工中的应用

为解决我国已定型凿井井架承载能力及结构尺寸等难以满足目前深大立井井筒凿井施工需求的现状,研制开发了适用立井井筒直径8~12 m、深度1 200 m条件的新型凿井井架。系统介绍新型单平台凿井井架的设计思路、结构特点和主要技术特征,优化、创新了新型凿井井架天轮平台和支撑体系结构,共包括2个系列(单平台、双平台)各3种规格(适用井径<8 m、8~10 m、10~12 m),最多可同时布置4套提升装置,最大悬吊荷重达10 000 k N以上。研制的单平台SA-3型凿井井架已在辽宁本溪思山岭矿副井(井筒直径10 m、深度1 503 m)井筒工程中应用,并进行了实际工况下凿井井架受力监测。结果表明:新型凿井井架具有可靠的承载性能和施工适用性,凿井设备布置空间更大,布置方式更加灵活,可有效保障深大立井井筒的安全高效施工。

超深基坑中直径9.5m巨型桩群施工对紧邻地铁线路的影响

深圳市某新建工程的超深基坑开挖深度达33.8m,并在坑底里需施工直径为9.5m、桩长为32.0m的巨型桩群。该基坑距离运营地铁车站出入口仅5.65m。为确保运营地铁线路的安全,在工程原施工方案的基础上,提出增设第5道支撑和加长止水帷幕的优化施工方案。采用三维有限差分软件FLAC3D对原施工方案和优化施工方案进行数值模拟。数值计算结果表明:采用优化施工方案,可以有效地减小地铁线路沉降、隧道相对变曲、两轨道横向高差、轨道竖向变形和轨道三角坑变形。在采用优化施工方案施工的过程中,进行地铁线路位移和沉降以及车站所在处地下水位的监测。监测结果表明:地铁线路沉降的实测值与模拟计算值基本吻合;其沉降基本控制在《城市轨道交通安全保护区施工管理办法》的规定范围内。表明优化施工方案对控制地铁线路沉降是积极有效的,能够确保地铁的运营安全。

考虑脆性围岩张拉破坏的终南山超大直径深竖井稳定性分析

脆性围岩中常常发生张拉破坏,有必要对检验脆性围岩的抗张拉承载能力的判据进行研究。在此基础上对张拉破坏判据如何在工程应用进行了研究。采用数值分析对比分析了常见断面形式的较大张应变区域,为断面的合理选型提供了参考。提出了基于张应变破坏区的锚杆设计方法,认为锚杆的设计长度应略长于最终的张应变破坏区的厚度。最后将张拉破坏判据应用于终南山2号超大直径深竖井工程稳定性分析中。通过三维有限元模拟分析表明:按照张拉破坏判据,秦岭终南山2号竖井I级围岩在开挖后,仅进行喷射混凝土支护,便可保持稳定;Ⅲ级围岩在施加按张应变破坏区设计的锚杆后,围岩也可以保持稳定。

立井深孔直眼掏槽大直径中心空孔作用分析和参数计算

为提高立井基岩段掘进爆破效率,改善破碎块度,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,探讨深孔直眼掏槽大直径中心空孔的作用机理。理论研究表明:空孔为装药掏槽炮孔提供了一个与其相平行的辅助自由面和破碎岩石的补偿空间,加大了爆炸应力波的反射拉伸作用,空孔的存在造成了槽腔岩石中的拉应力集中,从而增大了岩石中的拉应力作用强度,引起槽腔中裂隙的进一步扩展延伸,使槽腔内岩石的破裂和破碎更充分。数值模拟结果进一步验证了大直径中心空孔所具有的应力叠加和反射拉伸作用。在此基础上,对空孔与装药孔间距的合理取值进行了理论分析计算,中心空孔应处在掏槽孔形成的爆破裂隙区之内,并选用较大的松动爆破作用指数进行设计。

新型逆作法结构型式的设计与应用

本文基于上海由由国际广场基坑工程的成功实践,在常规逆作法基础之上提出了新型逆作法的结构型式,即结构梁板替代水平支撑、结构竖向构件框架柱与临时立柱相结合,但围护结构采用临时围护体的结构型式。创新性地在由由国际广场工程中提出并应用了围护桩与内部结构之间设置型钢混凝土变刚度转换结构、采用变标高首层结构梁板作为水平支撑、在复杂边界条件下设置多个大直径圆环、以及裙楼逆作主楼顺作的成套新型逆作法技术。实施结果表明:新型逆作法在本基坑工程设计中取得了良好的社会和经济效益,为今后类似基坑工程的设计提供了借鉴,并希望该新型逆作法结构型式在工程实践中得到进一步的提高和完善。