成都膨胀土地区深基坑不同支护结构支护效果对比分析研究

摘要

膨胀土是一种遇水膨胀失水收缩的特殊性岩土，对其区域内的建筑工程、道路铁路和桥梁建设都会产生较大安全影响。随着成都城市建设的东扩，成都东郊膨胀土地区出现了大量的深基坑工程，由膨胀土所引发的基坑边坡变形过大、支护结构失效甚至基坑整体破坏的情况非常普遍。目前，在成都地区建筑基坑工程建设中，膨胀土引发的基坑事故占每年基坑事故总量的85％以上。在成都膨胀土地区，如何根据基坑周边环境选取一种合适的基坑支护结构已经成为岩土技术工作者亟待解决的问题。本文以成都绿地中心超深基坑工程为依托，以工程场地内的双排桩、排桩+锚索、排桩+斜撑、内支撑体系等多种典型膨胀土基坑支护形式为研究对象，通过工程调研、理论分析、现场监测和数值模拟等方法，研究了成都地区多种典型膨胀土基坑支护形式的变形控制效果，并结合不同支护形式的经济性、施工便利性等特性，提出了一套适用于成都膨胀土地区的基坑支护方案优化选择方法。研究成果可以积累成都膨胀土地区超深基坑设计施工经验，还能为其它同类工程提供参考和借鉴。
　　本研究主要内容包括：⑴对成都典型黄色及白色膨胀土膨胀特性进行了试验分析，成都膨胀土自由膨胀率多介于40～72％之间。其中黄色膨胀性粘土自由膨胀率平均为48.8％，膨胀力平均值为29.5kPa;灰白色膨胀粘土自由膨胀率平均为80％，膨胀力平均值为65.05kPa，灰白色膨胀土膨胀特性大于黄色膨胀性粘土。⑵对成都地区膨胀土基坑边坡变形破坏特征进行了调研总结，成都膨胀土基坑边坡破坏形式主要呈现出“三段式”特征，包括坡顶浅层破坏、坡面结构破坏、坡脚软化破坏三种形式。同时膨胀土的崩解性对裸露的边坡坡面的破坏影响较大，会导致坡面迅速崩解剥落，引起坡面的进一步破坏。⑶绿地中心基坑项目现场实测结果表明，采用排桩+锚索支护边坡桩顶最大水平位移24.25mm，双排桩边坡最大水平位移21.43mm，排桩+锚索+斜撑支护边坡和双排桩+斜撑支护受锚索施工机械震动影响，桩顶最大水平位移分别为83.11mm和81.37mm。排桩+圆环撑+锚索体系最大水平位移55.2mm，位于桩身中部，排桩+内支撑体系最大水平位移24.3mm，位于距桩顶7m处。由于内支撑支护体系基坑开挖深度更深，因此相比较具有更好的变形控制效果。⑷数值分析结果表明，基坑采用排桩+锚索支护时最大变形为29.40mm，排桩+锚索+斜撑支护为26.80mm，双排桩支护为21.36mm，双排桩+斜撑支护为16.27mm，除现场受施工震动影响较大的断面外，数值计算出的变形结果与现场实测结果基本一致。⑸根据现场实测情况并结合数值分析结果，归纳出不同支护结构变形控制效果从优到劣排序依次为:内支撑体系、双排桩+斜撑、双排桩、排桩+锚索+斜撑、排桩+锚索。⑹根据不同支护形式的变形控制效果，并结合经济性和施工便利性，推荐成都地区一般膨胀土基坑工程中可首先考虑采用双排桩进行支护，当对基坑边坡变形控制要求较高，且施工空间也满足斜撑施工要求时，可考虑采用双排桩+斜撑支护，当基坑周边存在如地铁等地下建筑，且基坑开挖深度较深时，可考虑采用内支撑支护体系，重点控制基坑变形。

目录

声明

摘要

1．1 研究意义及目的

1．2 国内外研究现状

1．2．1 膨胀土物理力学特性研究现状

1．2．2 膨胀土工程特性研究现状

1．2．3 基坑边坡支护工程研究现状

1．2．4 膨胀土基坑数值分析研究现状

1．3 研究内容与研究方法

第2章 成都地区膨胀土分布特征及其工程特性

2．1 成都地区膨胀土分布情况

2．2 成都地区地质及气象条件

2．3 成都膨胀土工程特性

2．3．1 基本物理特征

2．3．2 膨胀率特性

2．3．3 膨胀力特性

2．3．4 收缩特性

2．3．5 崩解性

2．4 成都地区膨胀土基坑边坡破坏特征

2．4．3 膨胀土基坑主要破坏形式

2．5 本章小结

第3章 依托工程及现场试验方法介绍

3．2 场地工程地质条件

3．3 现场试验方案

3．2．2 测试内容及测试方法

第4章 不同支护结构支护效果现场试验研究

4．1 排桩+锚索支护断面现场测试分析

4．1．1 支护方案与施工情况

4．2．2 测试结果分析

4．2 双排桩支护断面现场监测分析

4．2．1 支护方案与施工情况

4．2．2 测试结果分析

4．3 排桩+锚索+斜撑支护断面现场监测分析

4．3．1 支护方案与施工情况

4．3．2 测试结果分析

4．4 双排桩+斜撑支护断面现场监测分析

4．4．1 支护方案与施工情况

4．4．2 测试结果分析

4．5 排桩+圆环撑+锚索体系断面现场监测分析

4．5．1 支护方案介绍

4．5．2 测试结果分析

4．6 排桩+内支撑体系断面现场监测分析

4．6．2 测试结果分析

4．9 小结

第5章 膨胀土基坑不同支护结构支护效果数值分析

5．1 数值分析方法介绍

5．2 排桩+锚索支护断面数值分析

5．2．2 计算结果分析

5．3 双排桩支护断面数值分析

5．3．2 计算结果分析

5．4 排桩+锚索+斜撑支护断面数值计算

5．4．1 模型建立及参数选取

5．4．2 计算结果分析

5．3．3 支护失效原因分析

5．5 双排桩+斜撑支护断面数值计算

5．5．2 计算结果分析

5．5．3 支护失效原因分析

5．6 内支撑体系支护效果分析

5．6．1 模型建立及参数选取

5．6．2 支护桩+圆环撑计算结果分析

5．6．3 支护桩+三道内支撑计算结果分析

5．7 小结

第6章 不同支护结构支护效果对比研究

6．1 不同支护结构支护变形控常U效果对比

6．2 不同支护结构经济性对比

6．3 不同支护结构施工便利性对比分析

6．4 适用于成都膨胀土基坑的支护结构优化方案

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

附录