（岩土工程专业论文）深基坑混合支撑围护结构内力与变形特性分析.pdf

摘要 摘要 深基坑工程是当前岩上工程中的热点和难点问题之一，就目前来说，地铁基 坑支护结构参数选择过于保守，从很大程度上造成资源的浪费，所以基坑支护结 构内力与变形及如何控制其变形的分析显得非常重要，在保证安全的前提下如何 合理有效发挥支护结构功用的问题值得重视和研究。如何有效控制基坑变形，使 基坑工程既安全又经济，是人们一直探索的课题。深基坑的支护结构的变形是影 响基坑变形的重要因素。 本文总结了围护结构结构内力与变形常用的研究方法。以海南某深基坑为工 程原型，利用f l a c 3 d 软件进行了模拟，对围护桩水平位移和弯矩以及钢支撑轴 力随基坑开挖的变化情况进行分析。详细探讨了围护桩刚度、支撑预加轴力等对 支护结构内力和变形的影响，提出了一些控制基坑变形的方法措施。对现场监测 的数据进行了整理、分析，并将两者进行了比较，得到围护桩水平位移和钢支撑 轴力随时间和工况变化的曲线，掌握基坑变形、支撑内力的变化动态，总结了基 坑施工中支护结构内力与变形规律，对支护结构内力和变形特性进行了研究。提 出了一些控制基坑变形的方法措施，为深基坑程的设计和施工提供了依据。 关键词深基坑；支护结构；内力；变形；影响因素 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t d e e pf o u n d a t i o np i te n g i n e e r i n gu n d e rs o f ts o i li so n eo ft h eh o ta n dd i f f i c u l t p o i n tp r o b l e mo fr o c ks o i le n g i n e e r i n g a tp r e s e n t ，t h ep r e f e r e n c e sf o rp i t - r e t a i n i n g s t r u c t u r ea r es oc o n s e r v a t i v et h a tt h i ss t a t ew i l lw a s t et h er e s o u r c e st oag r e a te x t e n t ， s ot h ea n a l y s i so fi n t e m a lf o r c ea n dd e f o r m a t i o nf o rp i t r e t a i n i n gs t r u c t u r ea n dt l l e s t u d i e st h a th o wt oc o n t r o ld e f o r m a t i o ni sv e r yi m p o r t a n t a c c o r d i n g l y ，t h ep r o b l e m n l a th o wt od e v e l o pt h ef u n c t i o no ft h ep i t r e t a i n i n gs t r u c t u r ed e s e r v e sa t t e n t i o na n d r e s e a r c ho nt h ep r e m i s eo fe n s u r i n gt h es t r u c t u r es a f e t y h o we f f e c t i v e l yc o n t r o l d e f o r m a t i o no ff o u n d a t i o np i ta n dm a k ef o u n d a t i o np i t e n g i n e e r i n gs a f ea n d e c o n o m i c a li st h et a s kt h a tp e o p l ea l w a y sp r o b e d e f o r m a t i o nf o rr e t a i n i n gs t r u c t u r eo f f o u n d a t i o np i ti st h ei m p o r t a n tf a c t o ro ne f f e c to fd e f o r m a t i o no ff o u n d a t i o n t h ea r t i c l eh a ss u m m a r i z e dt h ec o m m o nr e s e a r c hm e t h o df o ri n n e rf o r c ea n d d e f o r m a t i o no f f o u n d a t i o np i t ad e e pf o u n d a t i o np i te n g i n e e r i n gi nh a i n a ni sa d o p t e d a sa l le x a m p l e t h ee n g i n e e r i n gh a sb e e ns t i m u l a t e db yf l a c 3 ds o f t w a r e w i t h n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，m a n yf a c t o r s ，i n c l u d i n gt h ed i s p l a c e m e n t sa n dm o m e n to fs o l i d p i l e s ，t h e a x i a lf o r c e so fs t e e l s u p p o r ta r ea n a l y z e dd u r i n gt h e p r o c e s so fd e e p f o u n d a t i o ne x c a v a t i o n s i na d d i t i o n ，t h ef a c t o r so fd e s i g na n dc o n s t r u c t i o no ne f f e c to f i n t e m a lf o r c ea n dd e f o r m a t i o nf o rar e t a i n i n gs t r u c t u r ea r es t u d i e di nd e t a i l t h e s e f a c t o r si n c l u d et h er i g i d i t yo fs t e e l s u p p o r t ，t h ep r e a x i a lf o r c eo fs t e e l - s u p p o r t ，e t c s o m eu s e f u lo fc o n t r o l l i n gd e f o r m a t i o no ff o u n d a t i o np i to r eo b t a i n e dt h r o u g ht h e s t u d y i th a sc o l l a t e da n da n a l y z e dt h es t a t i s t i co ff i e l dm o n i t o r i n g t h ea r t i c l eh a s r e s e a r c h e dt h ec h a r a c t e ro fi u n e rf o r c ea n dd e f o r m a t i o no ft h em a i n t a i n i n gs t r u c t u r eo f f o u n d a t i o np i tb yc o m p a r i n gt h es t i m u l a t i n gs t a t ea n dt h em o n i t o r i n gd a t a a c c o r d i n g t ot h em o n i t o r i n gd a t a , t h et i m eh i s t o r yc u r v eo fh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n t si ns o l i d p i l e sa n dt h ea x i a lf o r c eo fs t e e l - s u p p o r ta r eg a i n e d ，t h ec h a n g ec h a r a c t e r i s t i c so f d i s p l a c e m e n t sa n di n n e rf o r c e si nt h er e t a i n i n gs t r u c t u r ed u r i n gt h ec o n s t r u c t i o na r e a n a l y z e d t h et r e n d so ft h ed i s p l a c e m e n t sa n dt h ei n n e rf o r c e sa r eu n d e rc o n t r 0 1a n d t h eg e n e r a lr u l e so ft h ei n t e m a lf o r c ea n dd e f o r m a t i o no fr e t a i n i n gs t r u c t u r eo fs u b w a y s t a t i o ne x c a v a t i o na r es u m m a r i z e d s o m eu s e f u lc o n c l u s i o n so f c o n t r o l l i n g d e f o r m a t i o no ff o u n d a t i o np i ta r eo b t a i n e dt h r o u g ht h es t u d y i tc a l lb eu s e df o rt h e d e s i g na n dc o n s t r u c t i o nr e f e r e n c e k e yw o r d s d e e p f o u n d a t i o n p i t ；r e t a i n i n gs t r u c t u r e ；i n n e rf o r c e ； d e f o r m a t i o n ；a c t i o nf a c t o r i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得j 匕宝工些态堂或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解j 匕立工些太堂有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 第1 章绪论 1 1 选题背景 第1 章绪论 1 1 1 国内外深基坑工程的发展 基坑工程是一个古老而又具有时代特点的岩土工程课题，特别是2 0 世纪以 来，国内外修建了大量的高层建筑、地下工程，并且随着社会技术进步和对环境 条件的提高，对基坑工程设计和施工提出了更高的要求。从2 0 世纪3 0 年代泰沙 基开始研究基坑工程中的岩土问题，到8 0 年代初期我国广泛开展的基本建设高 潮出现，9 0 年代大规模城市改造，城市市政工程、地铁工程、轻轨工程大面积 铺开，许多新型设计计算模式、计算方法、施工工艺、施工机具等成功应用在工 程中，出现了许多技术先进的工程实例u 3 。 特别是在我国国内，深基坑支护工程的发展速度很快，基坑越来越深，支护 结构的难度越来越大，比较有名的工程如上海浦东的金茂大厦，8 8 层，建筑高 度3 6 0 m ，建筑面积2 3 万余平方米，深基坑支护采用地下连续墙，厚度1 0 m ， 连续墙深度3 6 m ，总长5 6 8 4 m 。北京京城大厦地上5 2 层，高度18 3 m ，地下4 层深2 3 7 6 m ，原设计基坑支护结构形式为“h 型钢桩+ 五道锚杆”挡土支护，施 工中变为“4 8 8 h 型钢桩+ 三道锚杆”，取得了较好的技术和经济效益瞳3 。 1 1 2 我国深基坑工程的现状及特点 深基坑工程涉及到岩土力学、结构力学、材料力学和工程地质学等众多的学 科和领域，涉及到广大设计、施工、科研等单位技术人员的共同努力，因此它是 一项庞大的系统工程。现在国内目前在设计计算的理论方面基本和国外相差无 几，也开发了许多相关的辅助计的软件，如同济大学的：“启明星”系列软件等， 但在施工方面尚有较大的差距，一方面表现在对于相关规范的统一性，另一方面 还在于施工机具及施工工艺的掌握情况口1 。我国目前深基坑工程具有以下几个特 占 ， ( 1 ) 基坑越挖越深 城市的发展使得建筑物成本中地皮费用的比例增加，同时为了满足国家对于 建筑物地下室及人防的要求，建筑投资者不得不向地下空间发展。 ( 2 ) q - 程地质条件不可选择 北京工业大学t 学硕七学位论文 城市建筑物选址的范围受到整个城市整体规划的制约，不可避免的会遇到地 质条件差的情况，这在沿海地区更为突出。 ( 3 ) 基坑周围环境复杂 现在城市越发展，房屋和建筑物的密度越来越大，往往建筑物的基坑处于周 围高大建筑物环抱或者紧临重要的市政设施，对于基坑的要求不仅保证自身的安 全，更不能殃及池鱼。 ( 4 ) 基坑支护型式多 挡土结构有：挖孔桩、预制桩、钻孔桩、搅拌桩、地下连续墙等，支撑拉锚 结构有：钢管支撑、混凝土支撑、型钢支撑、预应力锚杆、预应力锚索、喷锚网 支护等，及以上各种支护形式的综合使用，各种方法不胜枚举。 ( 5 ) 基坑工程事故多 造成基坑频发事故的主要原因有：设计方面的原因，如计算模式的选择、计 算方法的选择、参数的选取等；勘察方面的原因，如地质资料和实际开挖相差太 大、钻孔资料不详细等；施工方面的原因，如管理不善、技术不到位、无资质分 包施工、检查验收方面等。由于地下工程的特殊性，所以事故的避免要靠各方面 的共同努力来进行。 深基坑工程是岩土工程领域中的重要部分h 1 ，主要包含挡土、支护、防水、 降水、挖土等许多紧密联系的环节。深基坑支护结构多为临时结构，深基坑支护 的基本功能应满足：地下工程施工空间的要求与安全吖3 、主体工程地基与基础 的安全呻州、周边环境的安全n0 。、支护结构自身的施工方便与经济合理n 卜1 2 1 。 深基坑开挖与支护问题是一个综合性的岩土工程问题n 3 。1 引，其中既有土力学 ( s o i lm e c h a n i c s ) d o 经典的强度和稳定问题，又包含了变形与沉降问题，还涉及到 了土与支护结构的共同作用问题。突出地表现在设计和施工完全相互依赖、密不 可分：施工过程中的结构体系、外部作用和力学性状等都在不断变化，它们的变 化对设计时工艺参数的选择和对基坑开挖与支护效果的最后结果都有直接的影 响n p 2 0 1 。所以，很有必要对深基坑支护工程这样复杂的岩土工程问题，将理论分 析哪。2 4 1 、试验研究陋5 。矧、数值分析口卜矧，及现场实测3 等多种方法与手段相结合， 进行综合研究，是目前解决深基坑问题的一种有效方法，也是今后指导复杂深基 坑问题的长期有效的方法。 1 2 常用围护型式分类及适用范围 各种建筑物与地下管线都要开挖基坑，早期的基坑由于深度较浅常采用放坡 开挖的方式。后来随着基坑深度的增加，放坡面空间受到限制，产生了支护开挖。 近几年来随着基坑深度和体量的增大，支护技术也有了较大进展。 第1 章绪论 1 按功能分常用的有以下一些： ( 1 ) 挡土系统：其功能是形成支护排桩或支护挡土墙阻挡坑外土压力。常用 的有钢板桩、钢筋混凝土板桩、深层水泥搅拌桩、钻孔灌注桩j 地下连续墙。 ( 2 ) 挡水系统：其功能是阻挡坑外渗水。常用的有深层水泥搅拌桩、旋喷桩、 压密注浆、地下连续墙、锁口钢板桩。 ( 3 ) 支撑系统：其功能是支承围护结构侧力与限制围护结构位移。常用的有 钢管与型钢内支撑、钢筋混凝土内支撑、钢与钢筋混凝土组合支撑。 2 按功支护结构分有以下一些t 深基坑支护结构型式主要可以分为下述几类口： ( 1 ) 放坡开挖及简易支护 放坡开挖是选择合理的基坑边坡以保证在开挖过程中边坡的稳定性，包括坡 面的自立性和边坡整体稳定性。 放坡开挖适用于地基土质较好，开挖深度不深，以及施工现场有足够放坡场 所的工程。放坡开挖一般费用较低，能采用放坡开挖应尽量采用放坡开挖。有时 虽有足够放坡的场所，但挖土及回填土方量大，考虑工期、工程费用并不合理， 也不宜采用放坡开挖。在放坡过程中，为了增加基坑边坡稳定性，减少挖土土方 量，常采用简易支护。如在坡脚采用草袋装土或块石堆砌挡土( 图1 1 ) 或在坡脚 采用短桩隔板支护( 图1 2 ) 等。 图1 - 1 草袋装土或干砌块石简易挡土 图1 - 2 短桩隔板支护 ( 2 ) n n 式支护结构b 2 3 3 3 悬臂式支护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和 结构的安全( 图1 3 ) 。悬臂式结构对开挖深度很敏感，容易产生较大的变形，对 相邻建( 构) 筑物产生不良影响。悬臂式支护结构适用于土质较好、开挖深度较浅 的基坑工程。在一层地下室或开挖深度在7m 以内的基坑使用较普遍，但也有用 于两层地下室开挖深度在1 0m 左右的基坑。值得关注的是，钢筋混凝土咬合桩 和s m w 工法目前已经被广泛的使用。 北京工业大学工学硕士学位论文 a 槽钢钢板桩 这是一种简易的钢板桩围护墙，由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长 6 8 m ，型号由计算确定。其特点为：槽钢具有良好的耐久性，基坑施工完毕回 填土后可将槽钢拔出回收再次使用；施工方便，工期短；不能挡水和土中的细小 颗粒，在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施；抗弯能力较弱，多用于深度 4 m 的较浅基坑或沟槽，顶部宜设置一道支撑或拉锚；支护刚度小，开挖后变 形较大。 、 图卜3 悬臂式围护结构示意图 b 热轧锁口钢板桩 热轧锁口钢板桩的形式有u 型、l 型、一字型、h 型和组合型。建筑工程中 常用前两种，基坑深度较大时采用后两种，但我国少用。常用的u 型钢板桩， 多用于周围环境要求不高的5 8 m 的基坑，视支撑( 拉锚) 加设情况而定。钢板桩 的特点是：系工厂化生产的支护或围护专用产品，强度、品质、锁口精度等质量 能够得到保证，可靠性高；钢板桩具有良好的耐久性，可回收修正再行使用；施 工方便、速度快、工期短；一般可同多道钢支撑配合使用，可适用于较深基坑； 支护刚度比灌注桩、地下连续墙小，开挖后墙身变形大，不利于环境保护；具有 一定挡水能力，但在高水位软土质地区，在施工中需注意锁口处防渗，以防止水 土流失引起周围土层移动变形；打拔桩时有振动和噪音，拔桩时易带土，处理不 当会引起周围地层移动：在土质坚硬密实或含有很多漂石地区，打桩施工困难。 c 钢筋混凝土板桩 钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点，曾在基坑中广泛应 用，但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法，振动与噪音大，同时沉桩 过程中挤土也较为严重，在城市工程中受到一定限制。此外，其制作一般在工厂 预制，再运至工地，成本较灌注桩等略高。但由于其截面形状及配筋对板桩受力 较为合理并且可根据需要设计，目前已可制作厚度较大( 如厚度达5 0 0 m m 以上) 的板桩，并有液压静力沉桩设备，故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。 第1 章绪论 d 型钢横挡板 型钢横挡板围护墙亦称板桩式支护结构，这种围护墙由工字钢( 或h 型钢) 桩和横挡板( 亦称衬板) 组成，再加上围檩、支撑等则形成一种支护体系。h 型钢 横挡板围护墙多用于土质较好、地下水位较低的地区，其支护特点为：可充分发 挥h 型钢抗弯能力强的特点，减少土壁稳定所需要支撑或拉锚道数；施工方便、 速度快、工期短；h 型钢一次性投资较大，支护完毕后要将桩拔出再行使用，否 则很不经济；打桩和拔桩施工对周围影响大；对水土流失的封闭作用差，特别在 高水位软土质地区，易导致基坑周围土体较大变形，从而对周围产生不利影响， 需采取隔水或降水措施。 e 钻孔灌注桩 钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种，在我国得到广泛的应用。其 多用于坑深7 1 5 m 的基坑工程，在我国北方土质较好地区已有8 9 m 的悬臂桩 围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有：施工时无振动、无噪音等环境公害，无 挤土现象，对周围环境影响小；墙身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小； 桩间缝隙易造成水土流失，特别时在高水位软粘土质地区，需根据工程条件采取 注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题；适用于软粘土质和砂土 地区，但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用；桩与桩之间主要通过桩顶冠梁 和围檩连成整体，因而相对整体性较差，当在重要地区，特殊工程及开挖深度很 大的基坑中应用时需要特别慎重。 地下连续墙 地下连续墙是于基坑开挖之前，用特殊挖槽设备、在泥浆护壁之下开挖深槽， 然后下钢筋笼浇筑混凝土形成的地下土中的混凝土墙。用作围护墙的地下连续 墙，厚度多为6 0 0 8 0 0 m m ，少量的达1 0 0 0 m m ，深度我国已可施工超过5 0 m 的 地下连续墙。地下连续墙用作围护墙，其特点表现为：施工时振动少、噪音低， 可减少对周围环境的影响，能紧邻建筑物和地下管线施工；地下连续墙刚度大、 整体性好、变形相对较小，可用于重要地区特殊工程及超深基坑的支护结构；地 下连续墙为钢筋混凝土连续整体结构，耐久性好，防渗能力强，既可挡土又能止 水；为现场浇筑，故可根据需要形成直线型或折线型壁板式，还可以施工成t 型、n 型等特殊型式，以增加支护的刚度、强度及稳定性；可结合逆作法施工， 以提高支护质量，缩短工期，并作为主体结构的地下室外墙或其一部分，围护墙 与主体结构外墙合一，能降低成本；施工工艺较为复杂，其施工质量依赖于成熟 的工艺和完善的组织管理，另外废泥浆处理不当会造成环境污染：相对其它支护 方式，造价昂贵，因此在采用时要经过技术比较，确认为是经济合理、因地制宜 时才可使用。地下连续墙具有上述特点，因而我国一些著名的高层建筑的深基坑， 多采用地下连续墙作为支护结构的围护墙，如上海的金茂大厦、北京的京广大厦、 广州白天鹅宾馆等都采用地下连续墙。当基坑深度大，周围环境复杂并要求严格 北京丁业大学工学硕士学位论文 时，往往应首先考虑采用地下连续墙。 g s m w 工法 s m w 工法为日本的叫法，国内亦称劲性水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩内 插入h 型钢等( 多数为h 型钢，亦有插入拉森式钢板桩、钢管等) ，将承受荷载与 防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护 墙。s m w 支护结构的支护特点主要为：施工时基本无噪音，对周围环境影响小； 结构强度可靠，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用，特别适合于以粘土 和粉细砂为主的松软地层；挡水防渗性能好，不必另设挡水帷幕；可以配合多道 支撑应用于较深的基坑；此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续 墙，在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收h 型钢等受拉材料；则大大 低于地下连续墙，因而具有较大发展前景。 ( 3 ) 重力式支护结构( 图1 4 ) 厂 图1 - 4 水泥土重力式围护结构示意图 a 深层搅拌水泥土围护墙 深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅 拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙的优点：由于一般坑 内无支撑，便于机械化快速挖土：具有挡土、止水的双重功能：一般情况下较经 济；施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微，因此在闹市区内施工更显出优 越性。水泥土围护墙的缺点：首先是位移相对较大，尤其在基坑长度大时，为此 可采取中间加墩、t 起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线 位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周 围环境。 b 高压旋喷桩 高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆，它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆 喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成排桩，用来挡土和止水。 高压旋喷桩的施工费用要高于深层搅拌水泥土桩，但其施工设备结构紧凑、体积 第1 章绪论 小、机动性强、占地少，并且施工机具的振动很小，噪音也较低，不会对周围建 筑物带来振动的影响和产生噪音等公害，它可用于空间较小处，但施工中有大量 泥浆排出，容易引起污染。对于地下水流速过大的地层，无填充物的岩溶地段、 永冻土和对水泥有严重腐蚀的土质，由于喷射的浆液无法在注浆管周围凝固，均 不宜采用该法。 ( 4 ) 内撑式支护结构 内撑式支护结构由支护结构体系和内撑体系两部分组成。支护结构体系常采 用钢筋混凝土桩排桩墙、s m w 工法、钢筋混凝土咬合桩和地下连续墙型式。内 撑体系可采用水平支撑和斜支撑。根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑、二 层水平支撑及多层水平支撑，分别如图1 5 ( a ) ( b ) 及( d ) 所示。当基坑平面面积很 大，而开挖深度不太大时，宜采用单层斜支撑如图1 5 ( c ) 所示。内撑常采用钢筋 混凝土支撑和钢管( 或型钢) 支撑两种。钢筋混凝土支撑体系的优点是刚度好、变 形小，而钢管支撑的优点是钢管可以回收，且加预压力方便。内撑式支护结构适 用范围广，可适用各种土层和基坑深度。 及 以彳 4 石、 ( a ) a ( 5 ) b ( c ) 图1 - 5 常用内支撑型式示意图 ( 5 ) 拉锚式支护结构 ( a ) c 5 m m d 时，基坑处于急剧变化状态，加强围护结构，并继续进行观测；收敛速度 o 2 m m d 时，基坑基本达到稳定，可结束监测工作。 地下水位的监测，在降水开始前，所有抽水井、观测井统一时间联测静止水 位。统一编号、量测基准点。选择典型代表性的一排观测井孔，从降水开始，水 位观测按抽水试验观测要求进行，以复核、修正设计方案，并进行必要的调整。 观测频率分别采用3 0 m i n 、l h 、2 h 、4 h 、8 h 、1 2 h ，以后每隔1 2 h 观测一次，直 到降水工程结束。前后二次观测水位差小于5 c m 时，可跳过下一时间间隔，直 到降水工程结束。 ( 2 ) 施工安全性判别 本区段按二级基坑标准监测。设计给出的各项目的容许值如表3 5 所示。 表3 5 监测控制标准 序号量测项目控制标准 1 桩顶水平位移 桩顶容许位移值为6 0 r a m ，位移速度允许值为5 m m d 2 桩体侧向变形桩体侧向变形容许位移值为9 0 m m ，位移速度允许值为5 m m d 不超过钢筋抗拉强度设计值和抗压强度设计值7 ，对于 3 桩身钢筋应力 h r b 3 3 5f 产f ，。= 3 0 0 m p a ， 6 0 961 6 钢支撑轴力容许值为3 2 0 0 k n ；2 中6 0 961 6 刚支撑容 4 钢管支撑轴力 许轴力为6 4 0 0 k n 。 5锚索预应力 预应力锁定值的1 0 。 基坑内侧地下水位控制在基底以下0 5 1 o m 范围内。基坑外 6地下水位 地下水位下降不得超过1 0 0 0 m m ，每天发展不超过5 0 0 m m 。 北京1 = 业大学工学硕士学位论文 3 3 监测方法及实施过程 图3 3 试验段监测断面布置图 善 墨 廑 苦 1 ii。il i ff lj iii fj i j 、 l d _ d _ j b b q b i善甚疆“，h 叫* o i # | 日￥荨荨善飘j ￥每q l # t | “懈- * _ 日_ ，q - - - j ，q h _ d 州d l ji fi i i，i i i i 弓 ； 至藿量墓堡 薹 量口 ：甏 麓 =一 主 一 饲壹撑支撵轴力钢支撑支撑轴力铜支撑支撑轴力钢支撑支撵轴卉铜支撑支撑轴力 桩体悄向蛮形疆体倒向茇彤桩体篇向壹形桩体侧向受彤 枢体制向壹彤 锚童直力锚童应由锚囊应力锚童直力镒棠庙打 3 3 1 桩体倾斜监测 图3 4 试验段监测平面布置图 在基坑围护桩内预埋设侧斜管，采用y t - 6 2 0 型滑动侧斜仪测量。在围护桩 的施工过程中，将侧斜管在现场组装绑扎固定在围护桩的钢筋笼上，随钢筋笼一 起下到孔槽内，将侧斜管内灌满清水，塞上堵头，并将其浇筑在混凝土中。监测 使用y t - 6 2 0 型数字显示测斜仪对墙体不同深的处的水平位移进行测量。测试时， 将探头插入侧斜管，使滚轮卡在导槽内，缓慢下至孔底，测量自孔底开始，自下 而上沿导槽全长每隔一定距离测读一次，每次测量应将探头稳定在某一位置上。 测量完毕后，将探头旋转1 8 0 度插入同一对导槽，按以上方法重复测量。两次测 量的各测点应在同一位置上，此时各测点的两个读数应是数值接近，符号相反。 如果测量结果有疑问，应及时复测。深层水平位移的初始值应是基坑开挖之前连 第3 章美兰机场隧道基坑混合支撑围护结构现场监测及分析 续3 次无明显差异读数的平均值阳5 1 。 3 3 2 锚索预应力 在d k l 7 + 0 0 0 d k l 7 + 1 0 0 每隔2 0 m 布置一个监测断面，共5 个监测断面， 每个监测断面有第一排锚索2 个，第二排锚索2 个。在锚索锚具处布设锚索测力 计。布置情况如图3 所示。采用z x 1 2 振弦式频率读数仪采集数据，并根据频 率与压力的率定关系推算锚索所受的压力值。 3 3 3 钢支撑轴力 在d k l 7 + 0 0 0 d k l 7 + 1 0 0 每隔2 0 m 布置一个监测断面，共5 个监测断面， 每个监测断面一道钢支撑，在每道钢支撑表面分别设置钢弦式表面应变计1 个， 把表面应变计同钢支撑表面焊接牢固，使其与钢支撑共同工作，并在其上覆盖保 护罩共设测点5 个，分别为z 1 一z 5 ，布置情况如图3 所示。采用z x 1 2 频率读 数仪采集数据。首先测出并记录初始读数，然后每次测出的读数与之作差，并根 据频率与应变的率定关系推算应变值根据测得应变值和钢支撑的几何、力学特 性即可求得钢管的轴向力。监测平面布置图如图4 3 。 c 2 ) m 2 ( 2 ) m 2 - 2( 2 ) m 3 2 ( 2 ) m 4 - 2( 2 ) m 5 2 锨勤 锨j l j l 舶计 舅屹j 1 7 5i z 4 z 5 彳 l i z l l z 2 ( 2 ) m 3 - 1( 2 ) m 博一( 2 m 5 - 1( 2 ) m 1 1( 2 ) m 2 - 傩籼淞 ( a ) 平面图 c ) ( 棚_ “棚 区 刈圳 z - - i l u l t 塑隧 图3 5 试验段监测测点布置详图 3 4 监测结果及分析 3 4 1 基坑水平位移 ( b ) 剖面图 为测得水平位移的零点，在基坑开挖前就预先布置好测斜孔，并测得初始值。 施工中每天进行一次测量，测得测孔处不同深度的水平位移，两天测量的差值为 日变化量。在试验段d k l 7 + 0 0 0 一d k l 7 + l o o 内布置五个监测断面。侧斜管编号、 里程、初测日期见下表。 北京t 业大学工学硕士学位论文 i i 表3 - 6 桩体水平位移测点布置明细表 测点编号测点里程初测日期监测深度( m ) c x i 12 0 0 8 - 6 - 1 21 8 5 d k l 7 + 0 2 0 4 c x i - 2 2 0 0 8 - 6 - 41 7 5 c x 2 - 12 0 0 8 - 6 - 41 7 5 d k l 7 + 0 4 0 8 c x 2 - 22 0 0 8 - 6 - 41 7 5 c x 3 12 0 0 8 - 6 - 41 8 5 d k i t + 0 6 0 0 c x 3 - 22 0 0 8 - 6 - 41 8 5 c x 4 - 12 0 0 8 - 7 - 31 6 d k i t + 0 8 0 4 c x 4 22 0 0 8 - 7 - 31 7 5 c x 5 12 0 0 8 - 7 - 31 8 5 d k l 7 + 0 9 9 6 c x 5 - 22 0 0 8 - 7 - 31 8 5 测点水平位移沿深度的水平位移如图4 4 。 。髑辩t ：。 。一2 。俺辩量2 ：。 c x l - i 水平位移 悃斟( 一) c x i 一2 水平位移 c x 2 - 1 水平位移 c x 2 - 2 水平位移 一5 0 一 第3 章美兰机场隧道基坑混合支撑围护结构现场监测及分析 曼曼! ! 竺! ! 皇! ! 皇! 曼苎! ! 鼍詈! ! ! ! 烹! ! ! ! ! ! 苎! ! ! ! ! ! ! ! ! 苎! ! ! ! ! 苎! ! 竺i = 一 i ! 竺! 苎! 曼鼍! ! ! ! ! 鼍! ! 皇! 一。 。料1 2 ：。一。絮气。 c x 3 1 水平位移 嘲辫t ( - ) c x 4 - 1 水平位移 c x 5 - 1 水平位移c x 5 2 水平位移 图3 6 试验段水平位移监测时程图 5 1 - 7 7 6 b 5 5 5弱4 m烈5=z艺鬈嚣警尝 北京工业大学工学硕士学 市论文 从基坑水平位移图可以看出，总体来说桩体水平位移最大位移发生在基坑上 部，符合桩锚支护结构的变形规律。但c x 4 1 于基坑底部出现较大位移，可能 是因为基坑暴露时间太长，没有及时施加钢支撑或者是因为悬喷桩基底加固不够 及时造成的。 3 4 2 锚索应力 为监测锚索受力，在锚索施加预应力之前，在锚具和垫板之间设置锚索测力 计，并于加载前读取初值。锚索监测每天监测1 次。锚索监测点的编号、里程见 下表。 表3 - 7 锚索轴力测点布置明细表 测点编号测点里程仪器编号安装时间 m i - i8 0 3 52 0 0 8 7 2 4 d k l 7 + 0 2 0 4 m 1 2 8 0 2 0 2 0 0 8 - 7 - 5 m 2 - 18 0 1 82 0 0 8 - 6 - 3 0 d k l 7 + 0 4 0 8 m 2 - 28 0 2 52 0 0 8 - 6 - 2 8 m 3 - 18 0 2 32 0 0 8 - 7 - 1 d k l 7 + 0 6 0 0 m 3 - 2 8 0 3 42 0 0 8 - 7 - i m 4 - 18 0 3 32 0 0 8 7 - 7 d k l 7 + 0 8 0 4 m 4 - 2 8 0 1 9 2 0 0 8 7 - 2 3 m 5 - 18 0 1 02 0 0 8 7 - 2 3 d k l 7 + 0 9 9 6 m 5 - 28 0 2 22 0 0 8 7 - 2 3 2 m i - i0 1 12 0 0 8 9 - 1 6 d k l 7 + 0 2 0 4 2 m l 一20 0 32 0 0 8 9 - 9 2 m 2 - i0 1 82 0 0 8 - 7 1 6 d k i t + 0 4 0 8 2 m 2 - 20 2 42 0 0 8 - 8 - 3 2 m 3 - i0 0 72 0 0 8 9 4 d k l 7 + 0 6 0 0 2 m 3 - 2 0 1 02 0 0 8 - 9 8 2 m 4 - 10 0 82 0 0 8 9 6 d k l 7 + 0 8 0 4 2 m 4 20 1 6 2 0 0 8 - 9 1 0 2 m 5 10 0 92 0 0 8 - 9 - 7 d k l 7 + 0 9 9 6 2 m 5 20 1 72 0 0 8 9 9 锚索轴力监测数据见下 第3 章美兰机场隧道基坑混合支撑围护结构现场监测及分析 i i i r 暴 r 奢 长 量 r 霹 r 暴 锚索轴力时程变化图 锚素轴力麦化田 t 一2 48 - - 3s - 1 38 - q n ，一i 扣21 0 1 21 0 - 置i i - lj i l i1 1 吨i1 2 - i1 2 一l i hi - i shi t - 1 4 _ ， i ，* 1 牛n * 喝i l f l _ ni - 2 ：2 - = 毕t 日期 借靠轴力变化圈 啊t - !d - i i 1 41 1 - 1 7 哪q 日期 话素轴力变化图 7 一i7 - 7 - m7 3 ll - 1 08 - 一3 09 - 99 - 1 99 - 蕾1 0 - 91 0 1 9i 争 日期 镏囊轴力时程变化圈 7 - 77 - 7 8 - 68 8 9 - 59 - 争l 舡1 0 - 1 0 - l i l l 一儿一控一 1 72 71 62 61 52 5515荔4l 2 日期 锚索轴力时程变化图 8 - 1 2l - i r - i9 - 1 i 2 li c - t1 0 - t l1 0 - z l1 0 - 3 1i l - l lj - 2 dl l 删1 2 - 1 0 日期 锚索轴力时程变化圈 r 暑 3 和 3 r 基2 5 0 l 日期 锚素轴力壹化朗 盘，州h t - m 4 州i il l - l sl 懂a - s 蛳 脚 异渤 舞 2 0 0 啪 啪 日期 锚棠轴力壹化田 墙素轴力时程变化田 f 广一 u 二 日期 锚素轴力时程变化图 t 8 - 2p , - 1 2 i ”l i 挣l l 峥* m l i _ 1 1 l 口l l 瑚1 2 a o 日期 牿索轴力时程变化圈 5 3 湘菖姗撕粥姗啪啪m r 幕 瞄舯；2加皓跖拈 阳柏加m 猢啪m脚脚m抛啪啪 r 霉 m柏 m钟加曲钟衙 啪捌m嘲瑚啪啪m r 辱 啪姗啪啪啪m撕啪m m 仔伸峙蛄岫鲒循 狮掰拗撕m猫瑚曼啪|曼m 北京工业大学t 学硕士学位论文 锚索轴力变化图 3 加 2 穴2 舶 舞2 7 0 2 2 2 4 0 日期 锚索轴力时程变化图 1 2 0 1 1 0 r 1 0 0 幂9 0 7 0 6 0 日期 锚索轴力时程变化图 9 一1 09 2 09 3 0l o - l o1 0 2 01 0 - 3 0 1 1 - 9 1 1 1 9l l 一2 91 2 啕 日期 锚索轴力时程变化图 图3 - 7 试验段锚索轴力监测时程图 从锚索轴力变化图可以看出，锚索的轴力远小于锚索的锁定值，并且锚索的 整体应力变化不大，只在开挖过程中锚索轴力变化较大。有少数锚索出现轴力突 变的现象，实际监测中该处由于涌水涌砂的现象，导致围护结构外侧土体的下滑， 作用在桩体上，进而引起锚索轴力突变。在开挖结束至进行下一工序的过程中， 锚索轴力变化不大，部分锚索出现预应力的损失，轴力逐渐下降。 3 4 3 钢支撑轴力 监测钢支撑受力，在钢支撑施加预应力之前，在钢管上焊接表面应变计，然 后读取初值，施加完预应力后再读取频率值，以便测量施加的预应力值，钢支撑 每天监测1 次，钢支撑监测点的编号、里程见下表。 狮锄瑚啪瑚m啪啪 撕掰珊瑚m啪瑚 r 前辱 r 暴 第3 章美兰机场隧道基坑混合支撑围护结构现场监测及分析 表3 8 钢支撑轴力测点布置明细表 测点编号测点里程 安装时间拆除时间 z 一1d k l 7 + 0 2 2 0 2 0 0 8 8 272 0 0 8 - 9 - 2 4 z - 2d k l 7 + 0 4 2 02 0 0 8 - 8 - 1 6 2 0 0 8 - 9 - 1 4 z 一3d k l 7 + 0 6 2 02 0 0 8 - 9 - 92 0 0 8 - 9 - 2 0 z 一4d k l 7 + 0 8 2 02 0 0 8 - 1 0 - 22 0 0 8 1 0 2 2 z - 5 d k l 7 + 1 0 2 02 0 0 8 - 1 0 - 52 0 0 8 - 1 0 - 2 2 3 0 0 0 2 5 0 0 蚤一2 0 0 0 牛； 暴一1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 苣 一 最 右晕 一2 5 0 0 1 6 0 0 1 3 0 0 一1 2 0 0 一一1 1 0 0 誊一l o o o 主。 一8 0 0 一7 0 0 一6 0 0 一5 0 0 一4 0 0 钢支撑轴力变化图 8 2 78 3 09 29 59 89 1 19 一i 49 一1 7 钢支撑轴力变化图 9 2 09 2 3 日期 b 一1 68 一i 98 2 28 2 58 2 88 3 19 39 6 钢支撑轴力变化图 日期 g 一99 一l o9 一l l9 一1 29 1 3 9 1 4 9 一1 59 一1 69 一1 79 1 89 一1 99 2 0 钢支撑轴力变化图 日期 l o 一2l o 一8 - 5 5 1 0 一1 41 0 一2 0 日期 5；吖呵咕喃喃咕叫q嵋吧吨 一置一r 暴 北京丁业大学工学硕士学位论文 一1 0 5 0 9 5 0 苣一8 5 0 毒一7 5 0 6 5 0 5 5 0 一4 5 0 3 5 监测信息反馈 图3 - 8