富水半成岩砂岩地层地铁车站深基坑支护结构优化设计研究

摘要

在富含地下水的地区进行深基坑工程的设计与施工，降水开挖引起的水文地质条件的变化与支护结构变形及周边环境之间是相互作用、相互牵连的。
　　本文对兰州市轨道交通一号线五里铺车站深基坑工程监测资料进行深入分析，通过有限元软件模拟基坑降水开挖的全过程，深入研究第三系富水半成岩砂岩特殊地层车站深基坑的变形特性。讨论排桩结构的深基坑变形影响因素，计算分析得出各个因素对变形的影响程度，为优化设计（支护结构优化和降水条件优化）提供指导。主要工作及研究成果如下:
　　(1)分析基坑开挖施工各个工况下桩体水平位移、坑周地表沉降、钢支撑轴力、桩顶位移及建筑物、管线等的实时监测数据，揭示了第三系富水半成岩砂岩特殊地层地铁车站深基坑的变形特性，得出钻孔灌注咬合桩+钢支撑组成支护体系的深基坑（挖深25m）在降水开挖过程中的变形规律;总结施工中所采取的止水、降水、排水、堵水、防渗相结合的整套地下水处理措施，数据分析表明所选支护及地下水处理方案可行。
　　(2)建立数值计算模型，模拟基坑的降水开挖过程，得出位移场与渗流场的变化，以及桩体水平位移、坑周地表沉降及坑底隆起的变化情况。将模拟计算与实测进行对比分析，发现计算所得的变形趋势与实测结果相近，能够反映真实的变形规律，对施工过程中的变形预测有帮助作用并可指导后续施工。
　　(3)通过数值模拟，对支护结构设计进行了优化分析。分析不同的支护结构设计参数（排桩桩径、入土深度、钢支撑位置、预加轴力及刚度）和降水条件（降水深度、土体弹性模量及渗透系数）对桩体水平位移、坑周地表沉降的分布特点和变形的影响。
　　研究结果为第三系富水半成岩砂岩特殊地层深基坑支护结构及降水设计等方面提供参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 研究现状及进展

1．2．1 支护结构优化设计研究现状

1．2．2 基坑降水研究现状

1．2．3 降水开挖对周边环境影响的研究现状

1．2．4 兰州地区不同地质条件、深度等条件下基坑支护形式汇总分析

1．3 研究内容

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究技术路线

2 深基坑降水开挖计算采用的理论基础简介

2．1 引言

2．2 降水开挖引起变形的计算理论

2．2．1 渗流理论

2．2．2 固结理论

2．3 流固耦合效应研究

2．3．1 概述

2．3．2 渗流场与应力场耦合模型的建立

2．4 小结

3 兰州市轨道交通一号线五里铺地铁车站工程概况与实测数据分析

3．1 引言

3．2 兰州市轨道交通一号线五里铺地铁车站工程概况

3．2．1 工程地质及水文条件

3．2．2 不良地质分析

3．2．3 车站周边环境

3．3 兰州市轨道交通一号线五里铺地铁车站支护结构及降水设计

3．3．1 支护结构设计

3．3．2 基坑降水设计

3．4 兰州市轨道交通一号线五里铺地铁车站深基坑监测结果分析

3．4．1 桩体水平位移监测结果分析

3．4．2 基坑周边地面沉降监测结果分析

3．4．3 钢支撑内力监测结果分析

3．4．4 桩顶位移监测结果分析

3．4．5 周边建筑物监测结果分析

3．4．6 管线沉降监测结果分析

3．5 本章小结

4 深基坑降水开挖数值模拟分析

4．1 引言

4．2 模型的建立及主要参数的选取

4．2．1 几何模型介绍

4．2．2 土体模型及参数的选取

4．2．3 支护体系的模拟及参数的选取

4．2．4 排桩与土体接触面的模拟

4．2．5 深基坑降水开挖有限元模拟

4．3 降水开挖模拟计算结果分析

4．3．1 位移场分析

4．3．2 渗流场分析

4．4 实测数据与计算值对比

4．4．1 围护桩体水平位移

4．4．2 地表沉降

4．5 本章小结

5 支护结构设计参数对基坑变形影响的研究

5．1 引言

5．2 围护桩设计参数的影响分析

5．2．1 入土深度对基坑变形的影响规律分析

5．2．2 刚度(桩径)对基坑变形的影响规律分析

5．3 支撑设计参数的影响分析

5．3．1 第一道撑架设位置对基坑变形的影响规律分析

5．3．2 支撑预加轴力对基坑变形的影响规律分析

5．3．3 支撑刚度对基坑变形的影响规律分析

5．4 本章小结

6 地下水处理及降水条件变化对基坑变形影响的研究

6．1 引言

6．2 地下水处理措施研究

6．2．1 降水产生变形的机理分析

6．2．2 地下水处理措施

6．3 降水深度对基坑变形的影响规律分析

6．4 土体模量对基坑变形的影响规律分析

6．5 渗透系数对基坑变形的影响规律分析

6．6 本章小结

7 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 主要展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果