软土地区支护墙平面及空间变形特性与开挖环境效应分析

摘要

随着城市化进程的加快以及对城市空间利用要求的不断提高，目前的基坑工程也呈现出一些新的问题，基坑工程呈现出开挖规模大、挖深大以及基坑周围环境复杂的特点。为了更好的控制周围既有设施的安全，对地下开挖工程的围护结构变形的要求也越来越高。同时，对基坑开挖引起的周围设施的变形预测以及保护措施的研究也具有重要的现实意义。本文结合杭州地区的现场试验、数值模拟以及理论分析对基坑工程的变形特性以及基坑开挖对周围既有设施的变形影响进行了分析。
　　本研究主要内容包括：⑴对软土地区常见的三种基坑围护结构:排桩加止水帷幕结合内支撑围护结构、SWM工法桩结合内支撑围护结构、地下连续墙结合内支撑围护结构的侧向位移、桩（墙）后地表沉降、深层土体沉降等变形特性进行了对比分析，分析表明不同类型围护结构的侧向变形以及土体沉降变化趋势较为接近，而围护结构的系统刚度对围护结构及周围土体的变形值影响较大。⑵嵌岩连续墙由于端部处于强度较高的岩层中，其围护性状不同于连续墙端部处于土层时的围护性状。通过对嵌岩连续墙和非嵌岩连续墙的侧向位移、竖向位移、支撑轴力等监测资料的分析对比发现，嵌岩部分连续墙的最大侧向位移小于非嵌岩部分连续墙的最大侧向位移。随着连续墙系统刚度的提高，墙身侧向位移呈减小的趋势，嵌岩部分连续墙最大侧向位移的减小幅度小于非嵌岩部分侧向位移的减小幅度。非嵌岩连续墙在第一道混凝土支撑和第四道钢支撑上的支撑轴力要远大于嵌岩连续墙，且支撑轴力总和比非嵌岩连续墙大44.9％。⑶结合一双排微型桩的现场试验，分析了双排微型桩围护结构控制变形的作用机理。后排桩所受主动土压力、基坑底部所受被动区土压力和桩身位移有关，被动区的实测土压力和弹性地基梁法计算值比较接近。⑷具有内支撑围护结构的系统在基坑边角处具有更大的系统刚度，使得基坑边角附近处土体的位移小于距离边角较远处土体的位移，即基坑的变形问题表现出三维特性。通过对不同类型围护结构现场监测资料的分析发现，不同类型围护结构变形及周围土体沉降的三维效应有所不同，土体沉降和侧向位移的三维效应有一定的相关性。⑸根据围护结构周围土体变形的特点，给出了建筑沉降的计算方法并结合实测结果进行了对比验证。同时，根据实测资料，分别分析了基坑开挖引起的建筑沉降、管道沉降的变形特点，并给出了管道、建筑沉降与地表沉降的关系。⑹通过数值模拟分析提出了周围受荷桩基存在时的土体侧向位移及土体沉降规律的简化计算方法。同时对桩间距及承台间距等参数对土体沉降及侧向位移的影响进行了分析，分析结果表明，受荷桩的存在导致桩周的土体侧向位移变大，增加系数为1.0-1.3倍;土体沉降会有一定程度的减小，折减系数可以根据经验公式求得。本文也对基坑开挖引起的土体沉降对既有受荷桩基侧阻及端阻的影响进行了分析，并分别提出了适合于摩擦桩及端承桩的建筑沉降简化计算方法并与工程实测数据进行了验证。同时，也提出了基坑开挖引起的建筑侧向位移的计算方法。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 研究现状综述

1．2．1 围护结构及土体变形现场实测分析

1．2．2 围护结构及土体变形特性有限元分析

1．2．3 深层土体位移以及对周围建筑的影响

1．3 本文的研究思路及主要内容

第二章 基坑开挖引起的围护结构变形特性及主要影响因素分析

2．1 软土地区围护结构及周围土体的变形特性分析

2．1．1 墙身变形参数定义

2．1．2 不同类型围护结构的桩(墙)身侧向变形

2．1．3 不同类型围护结构最大侧向位移的对比分析

2．1．4 不同类型围护结构系统刚度对侧向变形的影响

2．1．5 系统刚度中各因素对围护桩侧向位移及土体沉降的影响

2．1．6 不同类型围护结构系统周围土体沉降

2．1．7 围护结构变形与土体沉降的关系

2．2 桩端是否嵌固对围护结构变形分析

2．2．1 工程地质条件

2．2．2 试验设备的安装

2．2．3 基坑围护结构的侧向变形

2．2．4 围护结构系统刚度对墙身位移的影响

2．2．5 土体沉降规律

2．2．5 土体沉降与侧向位移的关系

2．2．6 最大侧向位移深度与开挖深度的关系

2．2．7 支撑轴力随开挖过程的变化

2．3 双排桩作基坑围护结构的变形特性分析

2．3．1 双排桩作用机理分析

2．3．2 现场试验概况

2．3．3 现场试验实测数据的分析处理方法

2．3．4 试验结果分析

2．4 本章小结

第三章 基坑开挖引起的空间效应分析

3．1 围护结构空间效应产生原因

3．2 不同类型围护结构侧向位移及土体沉降空间效应实测对比分析

3．2．1 工程概述

3．2．2 桩身侧向位移的空间效应对比

3．2．3 土体纵向沉降的三维效应

3．2．4 基坑阳角对围护结构变形影响

3．3 围护结构变形及土体变形空间效应的影响参数分析

3．3．1 模型的建立

3．3．2 围护结构变形空间效应分析

3．3．3 围护结构周围土体沉降空间效应分析

3．3．4 墙厚及支撑刚度对围护结构及土体变形空间效应的影响

3．4 利用空间效应特性控制围护结构变形及土体沉降的方法

3．4．1 工程背景概述

3．4．2 数值模拟工况一

3．4．3 数值模拟工况二

3．4．4 数值模拟工况三

3．5 本章小结

第四章 基坑开挖引起的周围浅基础设施的变形分析

4．1 基坑开挖引起周围土体地表沉降的变形特点

4．2 基坑开挖引起周围建筑变化的三种类型

4．2．1 数值模型的建立

4．2．2 不同位置建筑的对比分析

4．2．3 三种荷载类型情况下地表沉降与建筑沉降的关系

4．3 基坑开挖引起的浅建筑沉降模型建立及沉降计算方法

4．3．1 浅基础建筑沉降计算方法

4．3．2 工程案例对比分析

4．4 软土地区基坑开挖引起周边设施的变形实测分析

4．4．1 基坑工程周围设施概况

4．4．2 管道沉降变化规律

4．4．3 基坑开挖引起的建筑变形

4．5 基坑开挖引起的建筑沉降以及加固措施

4．5．1 浅基础古建筑基本情况

4．5．2 基坑开挖过程浅基础建筑的现场实测

4．5．3 浅基础建筑的加固

4．5．4 浅基础建筑破坏原因及加固机理浅析

4．6 本章小结

第五章 基坑开挖引起的桩基础建筑变形分析

5．1 围护结构变形造成基坑周围不同位置处的水平及竖向位移规律

5．1．1 桩端为软土层时土体侧向位移及土体沉降

5．1．2 桩端嵌固时土体侧向位移及土体沉降

5．2 围护结构周围有受荷桩基时土体水平及竖向位移规律

5．2．1 受荷桩基对围护结构侧向位移的影响

5．2．2 不同位置处受荷桩基对侧向位移的影响

5．2．3 承台间距及桩间距对土体侧向位移的影响

5．2．4 不同位置处土体侧向位移变化计算公式

5．2．5 桩基施加对桩周土体沉降的影响

5．2．6 不同承台间距及桩间距受荷桩基对土体沉降的影响

5．2．7 不同位置处土体沉降变化计算公式

5．3 基坑开挖引起周围受荷桩的承载性能变化

5．3．1 端阻及侧阻随荷载等级的变化

5．3．2 土体开挖对受荷桩基侧阻的影响

5．3．3 土体开挖对受荷桩基端阻的影响

5．4 基坑开挖引起的桩筏(桩箱)基础建筑沉降计算方法

5．4．1 上部结构等代刚度的计算公式

5．4．2 桩间土承载力的损失计算

5．4．3 摩擦桩建筑沉降计算方法

5．4．4 端承桩桩筏(桩箱)基础建筑的竖向沉降计算方法

5．5 基坑开挖引起的桩筏(桩箱)基础侧向位移的简化计算方法

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要创新成果及结论

6．2 下一步工作展望

参考文献

作者简介及论文发表情况