（岩土工程专业论文）东大国际中心基坑工程优化与数值模拟.pdf

，jjlj1， 、 i 。 - ， ，f l - ad i s s e r t a t i o ni ng e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g i 1l li lli ii i 1 l iiil y 18 4 12 0 5 o p t i m i z a t i o na n d n u m e r i c a ls i m u l a t i o no f f o u n d a t i o np i ts u p p o r tw o r k sa b o u t d o n g d a i n t e r n a t i o n a lc e n t e r b yz h a n gj i a l i a n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rs o n gj i a n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 籼一”“ ， 、 r _ 一 1 _， 毒、，j 独创性：声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。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谢 ；凸皇 恧。 学位论文作者签名：涨力砖磊 日期：2 汐o8 玎 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年旷一年半口两年口 学位论文作者签名：孑长矽椎 导师签名： 签字日期： 工p op 才 签字日期： 、 艄l ，tj 产_ ， ，jlr k - r 东北大学硕士学位论文 摘要 东大国际中心基坑工程优化与数值模拟 摘要 随着我国经济快速发展，城市建设规模不断扩大，开发利用城市地下空间是城市可 持续发展和提高城市功能的必经之路，而基坑工程是进行地下空间开发的重要环节。 基坑工程分为勘察、设计、施工三个阶段，内容涵盖勘测、基坑支护结构的设计和 施工、地下水控制、基坑土方开挖和运输、基坑土体加固、基坑开挖过程中的工程监测 和对周围环境的保护等。本文结合位于沈阳市区的东大国际中心基坑工程实际，本着安 全、合理、经济的原则，针对该基坑工程的设计、施工存在问题进行了分析和研究，以 过程优化为主导思想，通过对多名专家调研咨询所获得的结果，运用灰色理论对多个基 坑方案进行分析及优选，确定选择多支点桩锚结构基坑支护方案，论文采用等值梁的静 力学方法对确定的基坑支护方案进行了结构参数的计算和设计，并利用北京理正深基坑 软件对该基坑工程进行土体的稳定性分析；在施工阶段，着重考虑基坑施工开挖顺序的 时空效应、环境效应，选择确定了合理的开挖方式。 f l a c 是功能强大的岩土工程分析软件，适合数值模拟岩石、土或其它材料的非线 性力学行为。本论文利用f l a c 软件对东大国际中心基坑工程进行模拟开挖，分析了支 护结构、地表、坑底位移变化过程，并考虑在不同单因素影响下和正交试验设计多因素 影响情况下基坑围护桩水平位移的变化，得出一些重要结论，对基坑工程设计提供有益 参考。 关键词：基坑；灰色理论；优化：时空效应；f l a c ；正交设计 j _二| 一 r 、 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t o p t i m i z a t i o na n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o no ff o u n d a t i o np i t s u p p o r tw o r k s a b o u td o n g d ai n t e r n a t i o n a lc e n t e r a bs t r a c t a sc h i n a sr a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，u r b a nc o n s t r u c t i o nh a v eb e e ne x p a n d i n g d e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fu r b a nu n d e r g r o u n ds p a c ei s t h eo n l yw a yt om a i n t a i n s u s t a i n a b l eu r b a nd e v e l o p m e n ta n di m p r o v et h ef u n c t i o n so fc i t i e s ，a n dt h ef o u n d a t i o np i t c a r r i e do u tu n d e r g r o u n ds p a c ed e v e l o p m e n ti sa ni m p o r t a n tl i n k f o u n d a t i o np i ti sd i v i d e di n t o i n v e s t i g a t i o n ，d e s i g n , c o n s t r u c t i o ni n t h r e e p h a s e s ， c o v e r i n gt h ei n v e s t i g a t i o n , e x c a v a t i o ns u p p o r ts t r u c t u r eo ft h ed e s i g na n dc o n s t r u c t i o n , g r o u n dw a t e rc o n t r o l ，t r a n s p o r t a t i o na n de a n be x c a v a t i o np i t ，p i ts o i lr e i n f o r c e m e n t ，p r o j e c t m o n i t o r i n ga n dp r o t e c t i o no f t h ee n v i r o n m e n ti nt h ep r o c e s so fe x c a v a t i o n i nt h i sp a p e r , w i t h t h eu r b a na r e a so fs h e n y a n gc i t yi nt h ed o n g d ai n t e r n a t i o n a lc e n t r ee n g i n e e r i n g , i nas a f e ， r e a s o n a b l e ，e c o n o m i cp r i n c i p l e s ，a n a l y s ea n ds t u d yp r o b l e m sf o rt h ed e s i g n ，c o n s t r u c t i o ni n f o u n d a t i o np i t ，t oo p t i m i z et h ep r o c e s s - o r i e n t e dt h i n k i n g i nt h ed e s i g ns t a g e ，t h r o u g ht h e s t u d yo f m o r et h a ne x p e r ta d v i c er e c e i v e da n dg r e ys y s t e mt h e o r y , s e l e c tt h ef u l c n na n c h o r p i l es t r u c t u r et od os t r u c t u r a ld e s i g nf o rp i ts u p p o r tp r o g r a m m eb yu s i n gt h es t a t i cm e c h a n i c a l e q u i v a l e n tb e a mm e t h o d ，a n db e i j i n gl i z h e n gd e e pe x c a v a t i o ns o l , r a r ei su s i n gf o rt h e s t a b i l i t yo fs o i la n a l y s i s ；d u r i n gt h ec o n s t r u c t i o ns t a g e ，c o n s i d e rt h ee x c a v a t i o np i to nt h e o r d e ro ft h es p a c e - t i m ee f f e c t s ，e n v i r o n m e n t a le f f e c t s ，c h o o s ear e a s o n a b l em a n n e rt o f l a ci sap o w e r f u lg e o t e c h n i c a le n g i n c e r i n ga n a l y s i ss o f t w a r ef o rn u m e r i c a ls i m u l a t i o n o fr o c k ，s o i lo ro t h e rm a t e r i a ln o n - l i n e a rm e c h a n i c a lb e h a v i o r f l a cs o f t w a r eu s e do n d o n g d ai n t e r n a t i o n a lc e n t e re x c a v a t i o nw o r k s c a r r i e do u tm o c ke x c a v a t i o n ， a n a l y s i s s u p p o r t i n gs t r u c t u r e ，s u r f a c e ，t h eb o t t o md i s p l a c e m e n tc h a n g ep r o c e s s ，a n dt oc o n s i d e rt h e v a r i o u sf a c t o r su n d e rt h ei n f l u e n c eo fs i n g l e - a n dm u l t i o r t h o g o n a le x p e r i m e n t a ld e s i g n f a c t o r si n f l u e n c et h el e v e ld i s p l a c e m e n to f p i l ef o u n d a t i o nu n d e rt h ec h a n g e s ，d r a ws o m e i m p o r t a n tc o n c l u s i o n sa n dp r o v i d eau s e f u lr e f e r e n c eo nt h ed e s i g no ff o u n d a t i o np i t k e yw o r d s ：f o u n d a t i o np i t ；g r e yt h e o r y ；o p t i m i z a t i o n ；s p a c e - t i m ee f f e c t ；f l a c ；o r t h o g o n a l - i i i - ， ， 、- 甘 - ，声 、，l-r 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 基坑工程的主要内容与特点1 1 基坑工程的主要内容l 1 1 2 基坑工程的主要特点1 1 2 国内外基坑工程发展概况2 1 3 目前我国深基坑工程存在的问题3 1 4 研究意义与内容。4 第2 章深基坑支护方案的优选6 2 1 各类基坑支护方式6 2 2 东大国际中心基坑工程工程概况7 2 2 1 工程背景7 2 2 2 工程地质8 2 2 3 水文地质1o 2 2 4 场地周边交通1o 2 2 5 场区内地下管线及障碍物1 0 2 3 本基坑工程特点及可行支护方案1 0 2 4 基坑支护方案优选的步骤流程12 2 5 运用灰色理论优选基坑支护方案1 3 2 5 1 灰色理论多因素综合评判原理1 4 2 5 2 灰色理论优选方案15 第3 章深基坑支护结构的静力计算与设计2 l 3 1 等值梁的计算方法2 l 3 1 1 等值梁法的基本原理2 l 3 1 2 计算步骤2 l 3 2 锚杆的设计。3 0 东北大学硕士学位论文 目录 3 2 1 锚杆的设计计算3 0 3 2 2 锚杆的整体稳定性计算3 3 3 3 单桩设计3 7 3 4 基坑内被动区土体加固3 9 3 5 整体设计4 0 第4 章基坑土体稳定性分析4 3 4 1 基坑底抗隆起稳定性分析4 3 4 1 1 抗隆起验算4 3 4 1 2 隆起量的计算4 5 4 2 整体稳定验算4 6 第5 章支护参数优化的数值模拟分析5 0 5 1 分析软件的选用5 0 5 1 1p f c 2 d p f c 3 d 系列5 0 5 1 2p l a x i s 。5l 5 1 3g e o s t u d i o ( g e o s l o p e 岩土工程分析软件) 5l 5 1 4a b a q u s 51 5 1 5f l a c 、f l a c 3 d 5 2 5 2 基坑工程开挖的f l a c 数值模拟5 3 5 2 1 建立网格5 4 5 2 2 基坑开挖过程模拟5 6 5 2 3 不同工况数值模拟结果分析6 6 5 3 深基坑支护影响因素的优化分析7 l 5 3 1 地面超载的影响7 l 5 3 2 围护桩刚度的影响7 2 5 3 3 围护桩入土深度的影响7 4 5 3 4 基坑开挖宽度的影响7 6 5 3 5 坑内土体加固的影响7 8 5 4 支护参数优化的正交模拟试验分析8 0 5 4 1 正交设计方法一8 0 5 4 2 试验计划8 l 5 4 3 试验结果分析8 l v - 勺 一 东北大学硕士学位论文 目录 第6 章基坑工程施工过程优化8 3 6 1 开挖方式与顺序的优化8 3 6 1 1 时空效应8 3 6 1 2 分层开挖8 5 6 1 3 分段开挖8 6 6 1 4 盆式开挖8 6 6 1 5 中心岛开挖8 7 6 1 6 开挖方式的优化确定8 7 。 6 2 动态设计及信息化施工技术方案8 7 6 2 1 变形观测内容及目的8 8 6 2 2 观测对象和工作量布置原则8 8 6 2 3 分析反馈8 9 6 2 4 最终成果和技术总结报告9 0 6 3 环境效应9 0 6 3 1 地表沉降与土层位移9 l 6 3 2 基坑开挖对临近地下管线的影响9 1 6 3 3 基坑变形控制的环保等级标准9 l 第7 章结论和展望9 4 7 1 结论9 4 7 2 进一步研究展望9 4 参考文献9 6 致谢9 9 。、 ? 。 辛 1 一 一 、 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 基坑工程的主要内容与特点 1 1 1 基坑工程的主要内容 随着我国经济建设的高速发展，各地尤其是沿海经济较发达城市兴建了大量的大型 建筑。大规模的高层建筑地下室、地下商场的建设和大规模的市政工程如地下停车场、 大型地铁车站、地下变电站、大型排水及污水处理工程等都涉及基坑工程，尤其是深基 坑工程。 大量深基坑工程的建设，促进了设计计算理论的提高和施工工艺的创新和发展，逐 步形成了基坑工程这一门新型学科，它涉及到工程地质、土力学、基础工程学、结构力 学、材料力学、工程结构、施工技术等学科，并与它互相交叉渗透，是一门综合性强的 学科。实践表明，对基坑工程进行正确、精心的设计和施工，将给工程建设带来巨大的 经济和社会效益，对确保基坑工程安全、经济、顺利进行和保护周围环境都会起到非常 重要的作用。 基坑工程的内容，一般认为主要包括：勘测、基坑支护结构的设计和施工、地下水 控制、基坑土方开挖和运输、基坑土体加固、基坑开挖过程中的工程监测和对周围环境 的保护等；有的把深地下建( 构) 筑物，如地下连续墙、沉井以及大型、深筏形基础、箱 形基础的施工也涵盖在内【1 】【2 】。 1 1 2 基坑工程的主要特点 基坑工程主要包括基坑围护体系设计与施工，是一项综合性很强的系统工程，它要 求岩土工程和结构工程人员密切配合。基坑工程具有许多特征，概括起来主要利3 】： ( 1 ) 临时性在一般情况下，基坑支护结构是临时性的，与永久性结构对比，安 全储备要求小些，但必须保证安全。业主往往有一个思想，尽量压低基坑工程的投资， 如此使安全储备降低，可能发生事故。因此对设计和施工人员，必须有应急的措施。 ( 2 ) 区域性岩土工程的区域性差异大，而基坑工程的区域性更强。我国土地辽 阔，各地地质条件不同，必须因地制宜，贯彻具体情况、具体解决原则。外地经验，只 做参考，甚至当地经验，也不能简单照搬。 ( 3 ) 复杂性基坑支护工程涉及的因素很多。土与水是基坑工程设计和施工的两 - 1 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 个关键问题。一般而言，墙后的土压力介于主动土压力和静止土压力之间，墙前的土压 力则处于静止土压力和被动土压力之间：土压力还有时空效应。因此，目前的设计采用 朗肯土压力理论，可能偏于保守或危险。 ( 4 ) 风险性既然基坑支护工程的影响因素很多和复杂，多年以来，基坑事故不 断发生，技术人员要增强对基坑工程风险性的意识，不可有麻痹大意和侥幸的心理。 ( 5 ) 多学科性基坑工程涉及土力学、基础工程、结构力学和原位测试技术等多 学科的知识，它是一门系统工程，对技术人员的要求很高，要不断提高技术水平。 ( 6 ) 环境效应基坑开挖引起地下水的变化和整个基坑应力场的改变，导致支护 结构的变形，基坑和墙后土体的变形，对相邻建筑和地下管线也产生影响；同样，基坑 周围的荷载和建筑物荷载或者地下水流也对整个基坑工程产生反作用的影响。 1 2 国内外基坑工程发展概况 基坑工程是一个古老而又有时代特点的岩土工程课题，放坡开挖和简易木桩围护可 以追溯到远古时代。在本世纪3 0 年代，t e r z a g h i 等人已经开始研究基坑工程中的岩土 工程问题。到了2 0 世纪4 0 年代在欧美一些国家出现了“深基坑”这一概念，所谓“深基 坑”是指为进行建筑物( 包括构筑物) 基础与地下室的施工而开挖的地面以下的空间，基坑 工程界一般将开挖深度大于或等于7 m 的基坑称为深基坑。 改革开放前，我国的高层建筑较少，基坑开挖深度一般在5 m 以内，大部分可以采 用无支护的放坡开挖或少量钢板支护开挖。2 0 世纪8 0 年代以后，随着经济发展和城市 建设的需要，土地资源紧张的矛盾日益突出，向高空、向地下争取建筑空间成为一个发 展趋势，基坑工程获得空前的发展。 9 0 年代以后，各地纷纷组织技术力量进行了基坑工程技术标准的编制工作，如武 汉市城乡建设管理委员会1 9 9 5 年7 月1 日发布执行的武汉地区深基坑工程技术指 南；深圳市建设局1 9 9 6 年8 月发布执行的深圳地区建筑基坑支护技术规范；上 海市1 9 9 7 年出台的基坑工程设计规则等。在各地基坑支护技术的工程实施和理论 研究的基础上，两本国家级的行业标准：由建设部发布的建筑基坑支护技术规程( jg j 1 2 0 9 9 ) 和由冶金工业部发布的建筑基坑工程技术规范( y b 9 2 5 8 9 7 ) 也已正式发 布实施。此外，建设部( 1 9 9 8 ) 2 0 0 号文 关于进一步推广应用1 0 项新技术的通知中， 也把深基坑支护技术列为1 0 项新技术之首，这些国家标准及通知精神的发布、实施，对 于避免基坑工程事故，规范和检验基坑工程的设计与旄工行为，使深基坑工程走上健康 发展的轨道无疑是非常重要而及时的。 2 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 近年来，我国基坑工程又呈现出新的特点，主要表现为【4 】= 基坑的规模越来越大， 主楼与裙楼连成一片、大面积地下车库、地下商业与休闲中心一体化开发的模式频频出 现，典型的工程如上海浦东金贸大厦【5 1 ，基坑开挖面积2 0 0 0 0 m 2 ；基坑的开挖深度越来 越大，开挖深度达到2 0 3 0 m 的基坑越来越多，典型的基坑工程如国家大剧院基坑工程 【6 】，大部分开挖深度2 6 m ，局部达到3 2 5 m ；基坑场地紧凑，有些地方紧贴红线，使得 基坑周边几无施工场地，典型的工程如上海平安金融广场【刀；基坑周边环境复杂敏感， 临近大量管线、建筑与地铁构筑物等，典型的工程如上海新世界商城【8 】，横跨地铁一号 线上下行区间隧道。由于功能要求日益复杂、支护体系种类繁多、各种施工工艺的联合 1 使用，其复杂程度对深基坑工程的理论研究、设计与施工均提出了诸多挑战性问题，并 已成为当前建筑业的一大技术难点。 此外，岩土工程界人士对深基坑支护结构的研究和发展倾注了极大热情，召开了多 次有影响力的学术会议，并发表许多有价值的论文，影响较大的学术会议有【9 】： 1 9 7 0 年美国a s c e 在康奈尔大学召开的“挡土结构设计”学术会议； 1 9 7 2 年在马德里召开的“第5 届欧洲土力学会议”和1 9 7 6 年在维也纳召开的“第6 届 欧洲土力学会议”； 1 9 8 9 年在里约热内卢召开的“第1 2 届国际土力学、基础工程学术会议”； 1 9 8 9 年在上海召开的“全国深基坑支护结构学术研讨会”； 1 9 9 3 年在天津召开的“全国深基坑支护结构学术研讨会”； 1 9 9 4 年在天津召开的中国建筑学会地基基础学术委员会1 9 9 4 年年会，专题研讨深 基坑支护技术； 2 0 0 3 年在北京第九届土力学及岩土工程学术会议； 2 0 0 7 年在印度召开的第十三届亚洲土力学及岩土工程学术会议。 1 3 目前我国深基坑工程存在的问题 目前，在实际工程中，基坑工程还存在着两种极端的现象：一是由于设计和施工方 面的原因而导致深基坑工程事故，造成重大经济损失，特别是引起基坑周边的建筑物、 道路以及水、电、煤气管网等生命线工程的破坏；二是支护选型和设计极为保守，造成 浪费。后者往往更加难以引起人们的注意。在深基坑工程招标中，各投标单位由于采用 支护和设计方法的不同，报价相差一倍以上的情况并不鲜见。 由于基坑支护涉及到岩土工程、结构工程及施工工艺，更由于岩土工程的复杂性， 且又是一门经验性很强的工程学科，因而不同的人，对同一工程可能会因个人经验不同 - 3 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 而选择不同的支护形式。即使采用同一种支护形式，设计的结果也可能是不同的，由此 可能造成有些设计是浪费的，过于保守的，而有些设计则又是不安全的，易造成事故的。 广东曾出现过许多具有深刻教训的工程实例。【l o 】广州的0 6 5 号工程、京光广场、珠海的 祖国广场，每个工程事故，其经济损失都在千万元以上。而一些合理的优化设计，节省 投资少则几十万、几百万，多则上千万元。例如：【l l 】北京芳城园停车库基坑支护工程， 坑深近1 3 m 。有5 家单位投标，其余4 家单位采用桩锚支护方案标价约6 0 0 万无，而中 航勘察设计研究院新技术研究所采用新技术土钉墙支护方案，标价3 0 0 万元，不仅大大 节约了投资，而且缩短了工期，在实践中获得成功。又如中国建筑科学研究院8 0 1 工程 基坑支护与降水工程，采用招投标，有5 家施工单位投标，由于设计方案不同，造价相 差极大，最高标价1 1 0 万元，最低标价只有3 5 万元，高标施工单位采用了一般的常规 设计方案，低标设计单位根据场地的具体情况，采用加强圈粱。中间局部加锚桩拉结， 转角处增加斜支撑等一系列构造措施后，钢筋和水泥用量大量减少、缩短了工期，降低 了造价，实践证明该方案安全可靠。因此，基坑支护工程的设计要做到科学、合理，是 很重要的而关键必须要有一套合乎实际的设计理论和方法为基础。目前，很多设计计 算方法不是过于复杂，就是过于简化，对一些重要或关键问题都未能很好解决，缺乏一 种较系统而又能较好地解决如施工过程对支护结构内力的影响、入土深度问题、预应力 计算等一系列问题的实用计算方法。 因此，当前迫切需要解决的问题是：如何以比较低的经济代价，在比较短的时间内 实现安全的基坑开挖；加快支护技术的开发，为更深的多层地下室施工提供新的技术和 安全保证。 1 4 研究意义与内容 由于城市建设用地的局限性、周边环境的严峻性以及基坑工程在开挖和围护过程中 所涉及问题的复杂性和不确定性，基坑工程仍然是一个极具挑战性、高风险性、高难度 的岩土工程技术课题。在工程实践中，由于设计施工不当导致深基坑工程事故、造成重 大经济损失的基坑工程事故还时有发生：而设计过于保守、造成隐性浪费的工程实例也 并不鲜见。因此，深入研究基坑工程勘察、设计、施工的全过程，从而达到技术上可行， 经济上合理，做到既有经济效益，又有社会效益和环境效益，是非常有意义的。 本文以沈阳东大国际中心基坑工程为研究对象，对基坑工程的全过程进行分析及优 化处理。最后利用f l a ct 程分析软件进行数值模拟，分析影响相关因素，得出有益于 基坑建设的结论。本论文主要研究内容有： 4 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( 1 ) 运用专家调查表和灰色系统基本方法，结合具体工程实际，进行基坑支护方 案的优化选择； ( 2 ) 用等值梁法计算各层锚杆的水平轴力，并且进行支护方案设计计算； ( 3 ) 利用工程分析软件f l a c ，进行基坑开挖的数值模拟分析，模拟开挖过程的 围护桩桩体位移，以及开挖后地表沉降、坑底隆起； ( 4 ) 深基坑支护单因素影响的有限差分分析； ( 5 ) 运用正交试验设计，分析多因素影响深基坑支护的效果，确定合理的基坑支 护方案结构参数。 ( 6 ) 在施工阶段，依据实际工程情况以及其特定性，考虑时空效应、信息化施工、 环境效应等因素，进行合理的施工开挖顺序，达到基坑支护结构更加稳定。 5 - 东北大学硕士学位论文 第2 章深基坑支护方案的优选 第2 章深基坑支护方案的优选 2 1 各类基坑支护方式 深基坑支护结构的主要作用是挡土，使基坑在开挖和高层深基础结构的施工全过程 中，能安全顺利地进行，并保证在深基础施工期间对邻近建筑物和周围的地上和地下工 程不产生危害。基坑支护结构通常由围护墙、止水帙幕、水平内支撑系统( 或拉锚系统) 以及竖向支承系统组成。一般深基坑的支护结构通常是作为临时性结构的，当基础旌工 完毕即失去作用。常规的临时支护方法的挡土结构需设置在主体结构外侧，水平支承需 避开主体结构楼板，竖向支承立柱需避开结构柱、梁和剪力墙位置。旌工中由上而下分 层开挖，并设置水平支撑系统( 或拉锚系统) ，开挖至坑底后，由下而上施工主体结构 基础底板、竖向墙、柱构件及水平楼板构件，并按一定的顺序拆除水平支撑系统，进而 完成地下结构施工。 当前国内深基坑工程已有大量的实践经验，创造了许多深基坑施工的新技术，取得 了较大进步，如地下连续墙、排桩支护、锚固支护、深层搅拌桩支护、喷网锚支护、逆 作法施工等等。但各种方法都不是万能的，都要结合土质条件、基坑的深度、地下水情 况因地制宜地选取。应该根据不同支护类型的优缺点、适用条件，科学地选择经济合理 的方案。其中最重要的控制条件是基坑的稳定性、地面变形的控制、环境因素、地下水 的控制、防止基坑隆起、管涌与流砂等岩土的工程问题。现将几种应用较多的支护形式 制成表，如表2 1 所利1 2 1 。 每种基坑支护方式都有各自的适用条件和一定的局限性。基坑支护方案的选择直接 关系到工程造价、施工进度及基坑周边环境的安全。 表2 1各类围护结构以及适用条件 t a b l e2 1a l lt y p e so fr e t a i n i n gs t r u c t u r ea n dt h ec o n d i t i o n so fa p p l i c a t i o n 类型 支护方式及结构 支护特点试用条件 自稳边坡 根据土质条件确定边坡坡度基坑周闱有足够的放坡空间，相 放坡 邻影响要求不高，土质较好。 加固边坡 采用土钉或螺旋锚加固加挂钢丝对坡度有限制，或土质相对较差、 网喷浆或加固加挂钢丝网喷浆；易风化或完整性较差。 深层搅拌桩构成壁式或格栅式挡可兼有止水帐幕功能。基坑外要 墙土钉、螺旋锚加筋土挡墙锚杆有一定的空间布置桩体，适用土 挡墙水泥稳定土挡墙 压力注浆加固土挡墙稳定性不足类范围较广，围护高度不宜超过 时可加灌注桩组成复合式挡墙。 6 m 。 6 一 东北大学硕士学位论文第2 章深基坑支护方案的优选 续表2 1 钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、预制基坑施工场地狭窄，无放坡开挖 桩、板桩、钢筋混凝土板桩；或重力式挡墙所需要的宽度，开 悬臂式围护结构变形较大的基坑可采用挖深度不大，土层较好，相邻影 双排桩或多排桩。响要求不高时，悬臂长度不宜大 于一定数值( 视土质条件而定) 。 上述桩型加灌浆锚杆( 预应力或可用于不同深度的基坑内无施工 锚固式( 单层或多 非预应力) ，螺旋锚或灌浆螺旋干扰；锚杆需伸入邻近地块，红 层) 锚，锚定板，拉锚，锁口梁和围线以外允许占用地下空间；锚固 檩。 段不宜设在灵敏度高的淤泥层 排桩 内，在软土地区慎用。 上述桩型加钢支撑或钢筋混凝土可用于不同深度的基坑和不同土 支撑( 水平撑、斜撑、角撑或环质条件；适用于变形控制要求严 形撑) ； 格的情况；支撑对施工有一定的 内支撑式( 单层或能传递支撑支座力的锁口梁和围干扰，布置时应考虑后续施工的 多层)檩：方便：对于平面尺寸较大、形状 能限制水平支撑变位的立杆。较复杂和环境要求较严格的基坑 宜采用现浇钢筋混凝土支撑结 构。 钢筋混凝土连续墙在平面上做成可用作永久性结构的墙体，可采 地下连 自立式 t 形或i i 形结构以增加抵抗矩。用逆作法施工利用地下室梁、板、 续墙连续墙加内支撑或锚杆，一般需柱作为内支撑体系，可用于多层 支锚式 要设置围檩传递支座力。 地下室的超深基坑。 钢筋混凝土连续墙充分利用结构受力特点，径向位 圆形、拱形、复合形钻孔灌注桩、排桩移小，适用于建筑物形状接近于 环形撑梁 圆形或椭圆形。 2 2 东大国际中心基坑工程工程概况 2 2 1 工程背景 拟建的沈阳东大国际中心工程系沈阳一高层建筑，位于沈阳市和平区中山中路以 北、和平北大街以东交汇处，地区地形比较平坦，地面市政高层为4 4 5 1 - 4 5 4 5 米。原 地貌为河流冲积平原，由第四纪冲洪积形成。东大国际中心建筑物工程概况如表2 2 所 示，建筑平面布置图如图2 1 所示。该工程重要性等级为一级，场地等级为二级，地基 - 7 - 东北大学硕士学位论文第2 章深基坑支护方案的优选 等级为二级，岩土工程勘察等级为甲级，地基基础设计等级为甲级。 表2 2 拟建建筑物概况 t a b l e2 2 p r o p o s e db u i l d i n go v e r v i e w 建筑物名称层数高度( 米) 跨度( 米) 结构类型单位荷重地下室 基竺埋深2 ( k n m )( 米) 塔楼45 1 7 9框筒8 1 0 - 5 约- 2 5 米 裙房3 0框架 - 5 约2 3 米 2 2 2 工程地质 图2 1 建筑平面布置图 f i g 2 1l a y o u to fc o n s t r u c t i o n 依据东北建筑设计研究院提供本工程的 ，依次代入公式( 3 1 6 ) ，可 得第一种支护方案不同指标因素的关联系数有 删= 丽0 2 = 面0 丽2 = 0 3 3 3 磊( 2 ) = 五了函0 了2 i 石互= 石乏0 而2 = 。5 邪) = 丽0 2 = 蒜= o s 7 = 丽0 2 = 面0 面2 = 。4 = 丽0 2 = 面0 面2 = 。5 = 丽0 2 = 函0 面2 = 。5 1 9 - 北大学硕士学位论文 第2 章深基坑支护方案的优选 缶( 7 ) = 五了万0 了2 i 石j = 石1 0 j 2 丽j = 。6 6 7 缶( 8 ) = 五j i 0 丁2 i 石j = 石j o j 百2 西2 。4 = 丽0 2 = 面0 面2 = 。4 删) = 丽0 2 = 瓦0 丽2 = 。5 即1 ) = 志= 面0 面2 = 0 5 磊( 1 2 ) = 莉0 2 = 而0 2 = 1 鲫3 ) = 蒜= 面0 面2 - 0 4 成数列形式为 磊( 七) = o 3 3 3 ，0 5 ，0 5 7 1 ，0 4 ，0 5 ，0 5 ，0 6 6 7 ，0 4 ，0 4 ，0 5 ，0 5 ，1 ，0 4 ) 同理可推出 色( 七) = 0 4 ，0 4 ，0 5 ，0 5 ，0 5 ，0 6 6 7 ，0 5 ，0 5 ，0 5 ，0 5 71 ，1 ，1 ，0 4 ) 参( 七) = 0 6 6 7 ，1 ，0 4 4 4 ，0 6 6 7 ，1 ，1 ，0 4 ，0 6 6 7 ，1 ，0 6 6 7 ，1 ，0 5 ，0 6 6 7 根据关联度表达式( 公式3 4 ) 0 3 3 3 + 0 5 + 0 5 7 1 + 0 4 + 0 5 + 0 5 + 0 6 6 7 + 0 4 + 0 4 + 0 5 + 0 5 + l + o 4。， 兄= 一= u ) l j 1 3 同理可算出足= 0 6 4 9 ，r = 0 7 4 5 。 显而易见冠 缈，要计算地面荷载( 2 0 k n i m 2 ) ，挡土桩的主动土压力： = 寺2 0 7 2 8 2x 2 4 x o 2 7 + 2 0 x 2 8 x o 2 7 x 2 4 = 5 6 2 1 0 2 其中疋= 0 2 7 代替墙的主动土压力： e i h = j 1x 2 0 7 x 4 + ( 9 5 + 1 2 l o 5 ) s i n l 5 。】2 o 2 7 2 4 + 2 0 x 4 + ( 9 5 + 1 0 5 ) s i n l 5 。】0 2 7 2 4 = 4 4 2 8 8 k n 戤：兰型兰丝坠一+ 4 l + 培1 5 0 t g ( 3 5 1 0 - 5 4 8 0 ) ( 1 2 6 7 6 0 4 + 4 4 2 8 8 x t 9 2 3 4 0 ) t g ( 3 5 1 0 - 5 4 8 0 ) l + 留1 5 0 t g ( 3 5 1 0 - 5 4 8 0 ) = 6 3 1 4 2 船v 所以 石= 裟- 1 8 7 1 5 符合安全要求 使用同样原理，可以算的其他层锚杆的安全系数为： ( 1 ) 石= 1 4 5 1 5 符合安全要求 ( 2 ) 石= 1 2 6 1 5 符合安全要求 ( 3 ) 正= 0 4 4 1 5 符合安全要求 ( 4 ) 石= 1 9 6 1 5符合安全要求，不做任何修改 3 2 2 - 3 锚杆( 钢铰线) 计算 采用预应力锚杆，使用的是钢绞线 k n a s l 畦 式中刀钥铰线束数； k 安全系数： 3 6 东北大学硕士学位论文 第3 章深基坑支护结构的静力计算与设计 轴拉力( 设计1 澍) ； 4 钥铰线面积( m 聊2 ) ： 厶钥铰线强度标准值( ，l 川2 ) ，2 7 1 取值为1 4 7 0 n m