基于过程控制的软土地基超高层逆作法关键技术研究

摘要

从1935年日本首次提出逆作法工艺开始，经历了70余年的研究和工程实践，逆作法工艺目前已在一定规模上应用于高层和超高层的多层地下室等结构。逆作法工艺在支护效果、经济效益和缩短工期等方面的优越性，使其在全国得到推广应用，而广州市和上海市逆作法施工工法的出台更对规范逆作法施工起到指导性作用，标志着逆作法工艺的发展和工程应用进入了一个新阶段。但因为准确计算土压力的困难性和施工过程的复杂性，使逆作法在应用中尚有很多问题需要解决。本论文以天津富力城南昌路逆作法项目为背景，对逆作法设计施工中的若干关键技术及结构计算进行了较为深入的研究，旨在为逆作法工艺的设计和实施提供一定程度的指导作用。
　　 本论文主要研究地上地下结构同时施工时的全逆作法工艺在软土地区的应用，主要工作如下：
　　 （1）从逆作法的概念入手，简要介绍逆作法工艺在国内外的应用和发展状况、逆作法的工艺和技术特点以及研究现状；
　　 （2）阐述围护结构与土体共同变形理论，结合实际工程，利用北京理正深基坑支护结构计算软件（F-SPW）对地连墙在不同开挖工况下的应力和变形进行计算分析，重点对地连墙的水平侧移规律进行归纳总结；
　　 （3）介绍土介质本构关系的弹塑性理论，推导Mohr-Coulomb模型的弹塑性本构矩阵，对地下结构相关构件、分步开挖、初始应力场及地连墙与土体接触等关键模拟问题在ABAQUS三维有限元软件中的实现方法和相关理论进行研究概括；
　　 （4）以实际工程为依托，利用ABAQUS有限元软件，采用本文所提出的施工动态模拟方法，基于变形控制的研究思想，在考虑上部结构施工的条件下探讨逆作法施工过程中共同作用规律。重点对逆作法施工过程中地下连续墙侧移和内力、立柱桩与地连墙沉降及差异沉降、墙后地表沉降、坑底隆起及梁板结构受力等问题进行分析研究，总结它们随工况发展的变化规律；
　　 （5）结合目前国内外逆作法结构设计和施工所采用的主要技术，对背景工程所涉及的地下连续墙、中间支承柱、土方开挖、结构浇筑及沉降控制等的关键技术进行详尽的分析总结。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 逆作法的分类

1.1.2 逆作法的工艺流程

1.1.3 逆作法的技术特点

1.1.4 逆作法的发展历史

1.2 逆作法的研究现状

1.2.1 数值模拟分析方面的研究

1.2.2 土体-地下结构共同作用理论方面的研究

1.3 研究背景及研究的内容

1.3.1 工程概况

1.3.2 本文的研究工作

本章参考文献

第二章 逆作法深基坑围护结构体系研究

2.1 深基坑围护理论研究

2.1.1 围护结构与土体共同变形理论

2.1.2 围护结构变形对周边建筑物的影响

2.2 逆作法深基坑围护结构理论计算

2.2.1 基坑外侧土压力计算

2.2.2 围护结构开挖计算

2.2.3 围护结构开挖计算结果

2.3 本章小结

本章参考文献

第三章 逆作法有限元分析方法理论研究

3.1 土的本构模型

3.1.1 基本概念

3.1.2 Mohr-Coulomb模型

3.2 逆作法深基坑ABAQUS有限元分析

3.2.1 连续墙和支撑的模拟

3.2.2 初始应力场和分步开挖的模拟

3.2.3 连续墙与土体接触算法及其实现

3.3 本章小结

本章参考文献

第四章 逆作法动态施工过程的三维空间效应分析

4.1 概述

4.2 逆作施工动态模拟

4.2.1 工程概况

4.2.2 计算工况

4.2.3 计算假定与网格划分

4.3 计算结果分析

4.3.1 初始条件与桩、墙施工

4.3.2 地下连接墙侧移和内力随施工工况进展的变化

4.3.3 立柱桩与地下连续墙沉降及沉降差异变化

4.3.4 墙后地表沉降随施工工况进展的变化

4.3.5 坑底隆起随施工工况进展的变化

4.3.6 梁板最大Mises应力分布随施工工况进展的变化

4.4 本章小结

本章参考文献

第五章 逆作法设计施工关键技术研究

5.1 地下连续墙关键技术

5.1.1 地下连续墙设计

5.1.2 地下连续墙节点设计

5.1.3 地下连续墙施工工艺流程和总体质量控制

5.1.4 地下连续墙槽段接缝防水施工

5.2 中间支承柱关键技术

5.2.1 中间支承柱(立柱桩)设计

5.2.2 中间支承柱节点设计

5.2.3 中间支承柱(立柱桩)施工

5.3 地下室土方开挖

5.3.1 土方开挖的方法

5.3.2 土方开挖的顺序

5.3.3 土方开挖的通排风

5.4 地下室结构浇筑

5.4.1 水平向构件的浇筑

5.4.2 竖直向构件的浇筑

5.5 施工中结构沉降控制

5.5.1 基坑开挖对立柱桩竖向位移的影响

5.5.2 立柱桩沉降差异控制

5.6 本章小结

本章参考文献

第六章 全文总结及展望

6.1 全文总结

6.2 需要进一步研究的问题

致 谢