桩锚支护条件下深基坑开挖变形分析及预测研究——以成都市航天科技大厦深基坑为例

摘要

通过对近年来我国深基坑工程发展特点，以及基坑支护形式发展现状及趋势的研究可知，桩锚联合支护体系以其独特的优势越来越受到工程界的关注，但国内外对桩锚支护结构的理论研究仍存在很多问题，因此，研究桩锚支护结构条件下深基坑的变形规律及支护结构的受力特点对该理论的完善和指导工程实践有重要的意义。 航天科技大厦深基坑工程位于成都市中心，基坑开挖深度20m，采用桩锚支护结构，基坑靠近公路，周边存在高层建筑和地下管线，周围环境复杂。本文以桩锚支护结构的工作机理、破坏模式为理论指导，以成都市航天科技大厦深基坑工程为研究对象，借助监测技术手段，通过对监测成果的综合分析，对基坑在开挖及后期建筑施工过程中的稳定性进行了评价，分析了基坑在整个工程阶段的变形规律、受力特点；通过建立基坑的三维数值模型，对影响基坑变形与稳定的相关因素进行了分析；对基坑中由于土体蠕变引起的时间效应问题进行了讨论，并根据实际监测数据建立数学模型进行预测评价。研究结果表明： （1）通过对监测数据分析，在航天科技大厦深基坑开挖阶段，基坑边坡深部位移主要受开挖影响，变形增量主要发生在开挖过程中，随深度的增加而减小；最大位移增量和开挖各层相对位移量与开挖深度成正比关系；锚索与冠梁对基坑边坡的变形有一定的抑制与约束作用；公路的动荷载对基坑的稳定影响有限，基坑北侧和东侧超载建筑物对基坑边坡变形影响较大；基坑南侧、东侧和北侧最大变形分别为26.28mm、25.11mm和50.88mm，基坑处于基本稳定状态。 （2）三维数值模拟分析表明，在基坑开挖过程中，土体变形表现出明显的空间效应，变形主要集中在边坡中部，在两端变形较小；冠梁对支护桩的桩顶位移有明显的约束作用，冠梁两端对桩顶的定向约束作用比较强，冠梁中部约束作用较弱；预应力锚索对抑制基坑变形有一定的作用，施加的预应力越大，变形越小；地表土体沉降呈凹槽型，地表沉降的影响范围与基坑开挖深度和变形大小有关，沉降随开挖深度和基坑边坡变形的增大而增大；基底隆起量与开挖深度成正比。 （3）航天科技大深基坑在开挖结束后经历了5.12汶川大地震的考验，通过FLAC3D进行地震的响应分析，对地震引起的基坑变形与支护结构应力变化情况有较清楚的认识。监测数据显示，5.12大地震对该基坑影响有限，基坑是稳定与安全的。 （4）基坑在开挖及支护完成后，由于土体的蠕变，变形依然呈少量增加，时间效应明显，随时间的变形占总变形的37％～43％左右，基坑在开挖结束后的蠕变变形不容忽视。 （5）利用监测数据采用动态非线性回归模型和非等时距灰色模型对基坑变形进行预测，对下一阶段的施工起指导作用。对成都地区基坑预警指标进行了讨论，确定航天科技大厦深基坑的预警标，通过监测信息的反馈及预测分析，做到动态控制。