（岩土工程专业论文）基坑工程变形及支护结构与土相互作用研究.pdf

基坑t 程变形及支护结构与土相互作用研究 摘要 基坑变形包括支护结构的水平位移、基坑外围土体沉降、基坑底部隆起等， 是控制支护结构安全稳定、基坑周边环境安全及基坑工程顺利施工的关键，同 时是研究支护结构与土相互作用的基础。基坑变形形式、计算方法、变形限值 等方面的深入研究成为基坑工程支护结构设计的重点和难点。本论文结合润扬 大桥北锚锭基坑工程的实测资料，对基坑工程中的变形进行了分析，并结合数 值模拟研究了墙体刚度、支撑间距、支撑截面尺寸、土体刚度等因素对变形的 影响。研究结果初步表明：支护结构最大水平位移出现的位置一般在o 5 8 倍 墙体深度附近；若不考虑降水引起的坑外土体固结沉降，地表最大沉降量和 墙体水平位移最大值基本呈线性关系：巩。= 0 6 5x 巩。；该深基坑地表沉降 曲线呈槽形，降水引起的地表沉降值较明显，大于墙体位移引起的地表沉降。 该深基坑地下连续墙的水平位移与土压力类型有较好的对应关系，工况6 以 前，土压力主要表现为静止土压力，工况6 开始明显转为主动土压力；影响 基坑变形的因素主要有墙体刚度( 墙体的厚度) 、支撑间距、支撑截面尺寸等， 数值分析结果表明，对墙体水平位移影响最大的是支撑间距，当支撑间距增加 或者减少l m 时，最大墙体水平位移可增减2 5 3 0 ，而墙体厚度、支撑截 面尺寸影响则相对较小。 关键词：基坑，墙体变形，地表沉降，坑底隆起，数值模拟 成都理工大学硕士学位论文 a b s t r c t t h ed e f o r m a t i o no f d e e p f o u n d a t i o n e n g i n e e r i n g i n c l u d e sd e f l e c t i o no f r e t a i n i n gw a l l ，t h es u r f a c es e t t l e m e n tb e h i n dt h ew a l la n dt h eb a s a lh e a v e i ti st h e m o s ti m p o r t a n tf a c t o rt oe n s u r et h ep i t s s t a b i l i t y ，t h ee n v i r o n m e n t a ls a f e t ya r o u n d t h ep i t ，s u c c e s s f u l l yc o n s t r u c t i n g i ti sb a s ee l e m e n tf o rr e s e a r c ho fi n t e r a c t i o n b e t w e e ns o i la n ds u p p o r ts t r u c t u r e s t u d yo nd e f o r m a t i o nm o d e ，c a l c u l a t i o nm e t h o d a n dl i m i tv a l u ea r et h em o s ti m p o r t a n c ea n dd i f f i c u l t yf o rd e e pp i te n g i n e e r i n g t h i s p a p e rs t u d yu p o nm o n i t o r i n gi n f o r m a t i o no fa n c h o rd e e pf o u n d a t i o ne n g i n e e r i n go f r u n y a n gc h a n g j i a n gr i v e rh i g h w a yb r i d g e a n a l y s i si t sd e f o r m a t i o n n u m e r i c s i m u l a t i o nm e t h o di sa l s oi n v o l v e di nt os t u d yu p o nt h ei m p a c tf a c t o ro fd e f o r m a t i o n ， s u c ha s ：r i g i d i t yo fr e t a i n i n gw a l l ，s p a c eb e t w e e nb r a c i n g ，c r o s ss e c t i o ns i z eo ft h e b r a c i n ga n dr i g i d i t yo fs o i l t h es t u d yc o m et ot h ec o n c l u s i o na sb e l o w ： t h em a x i m a lh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tu s u a l l yo c c l l ra to 5 8d e p t ho ft h e w a l l i fd o n tt a k ep r e c i p i t a t i o ni n t oa c c o u n t ，t h e n ，t h em a x i m u ms e t t l e m e n ta n d m a x i m u mh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n tc a nb ee x p r e s sa s 巩m a ) c = o 6 5 d h m a ” ( 国t h es e t t l e m e n tc u r v eo ft h i sp i ti sg r o o v el i k e s e t t l e m e n tc a u s e db y p r e c i p i t a t i o ni sg r e a t e rt h a nt h a tc a n s eb yd i s p l a c e m e n to f w a l l h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to ft h ew a l la n de a r t hp r e s s u r em o d eh a v eb e t t e r c o n s i s t e n c y e a r t hp r e s s u r ei s a tr e s tb e f o r ec o n d i t i o n6 ，a n di tt u r ni n t oa c t i v e p r e s s u r eu n d e rc o n d i t i o n6 f a c t o r sa f f e c t i n gp i td e f o r m a t i o ni n c l u d er i g i d i t yo fw a l l ，s p a c eb e t w e e n b r a c i n ga n dc r o s ss e c t i o ns i z eo ft h eb r a c i n g a m o n gt h e s ef a c t o r ss p a c eb e t w e e n b r a c i n gi s m o s te f f e c t i v e i fl mw a sa d d e dt oo r i g i n a ls p a c e ，t h em a x i m u m h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to fw a l lc a nb er e d u c e dt o7 0 一7 5 t h et w oo t h e rf a c t o r h a v es m a l l e ra f f e c to nt h ed e f o r m a t i o no fw a l l k e y w o r d s ：p i t ，d e f l e c t i o no ft h ew a l l ，s u r f a c es e t t l e m e n t ，b a s a lh e a v e ，n u m e r i c s i m u l a t i o n 1 l 一- 基坑工程变澎投支护结构与土相互作用研究 第一章前言 1 1 选题依据及研究意义 髓港国民经济_ 鞠城市建设的发展，人强静增多，形成了人多建少静弱面， 为适应建设的需要，不得不向地上和地下发展利用空间。 体瑷向地上发鼹的力度和规模最典型的就是数以万记的亵层建筑拨她露 超：j 0 容、上海、广翊等缄市黼续建造了一大嚣乇高层建筑，据统计，己建高层 建筑总丽积累计超过了1 3 亿m 3 ，其中高度超过l o o m 的越高层建筑已趟过了 2 0 0 幢，高度超过2 0 0 m 的超高层建筑已达2 0 余幢。 舅一方蚕，遣下窆闰懿菜垫黪性和饶越豫是缝上空闻不戆浇羧豹( 翔良磐 的抗震性、稳定性、隐蔽性，防护性、隔音性等等) ，为改替城市交通、美化城 市环境、提高城市防护能力等等，地下空间的开发和利用越来越受到国内外的 重稷。 无论是向上还怒向下发展稠用空间，基坑工程都是包含其中的一个嫩要部 分。目前世界第一离楼台北1 0 1 大楼，高度5 0 8 m ，基础面积3 0 2 7 7 m 2 ，搬下5 层，基璇蒸坟长宽备必1 6 0 m 1 5 8 m ，开挖深发2 2 。9 5 m ( 塔褛嚣 及2 2 。2 5 m ( 群 楼医) 。成都市天麻广场地下建溺爆空间构筑地下广场，第一层为公共交邋集敖 广场，第二层为地铁站厅和商业设施，第三层为地铁一号线站台及轨道，第四 层为地铁二号线站食及轨道，总碰积将达到9 万多平方米。其他的，铡如悬索 辑链键纂疆、遮铁车始等稳为典黧静基凌工蕊。 基坑工程作为一个系统工程，它涉及地质、水文、气教婷条件及土力学、 结构、施工组织稆管理学科的各个方蕊，是基础稻地下工程中的一个古老的传 统漂鼷。藏霹又是一个综合注豹澎主工程建麓，篾涉及力学中典型强震与稳 定问题，又包含了变形问题，同时还涉及到土与支护结构的菇同作用。 出予基坑工程众多因素的复杂性，在深基绽二 程建设j 珏遽发展的嗣时，基 瑰事敬纛频繁发生：羧据蓥凌工疆事鼓豹统诗分褥，基琉工程事敌占萋坑惑数 的1 4 以上1 1 1 ，事故主要表现为支护结构物产生较大位移，支护结构破坏，基坑 坍塌，旗坑周围道路开裂和塌陷，与基坑相邻的地下设施变位及至破坏，邻近 建筑物开裂甚至傻塌。 一个成功的基坑工程设计，廨使支护结构鼹有足够的强度，保证其在荷载 藏郡瑗工丈学硕士学谴论文 作用下不发生破坏，间时也要使支护结构有足够的刚度，控制结构以及周围土 傣斡交影，不至予凌予逮瑟漉降瑟影响蘩萋坟髑骧建筑、圭| 鏊下管线等。遮实痿 上涉及到合理的确定作 = ；j 在支护结构上的主簧荷载一土压力的大小及其分 布；较为准确的估计基坑的变形。而这两方面土压力和支护结构变形 又是相关的，变形的发展引起愿力的变化，士压力变化爱过柬影响变澎。这 季孛土暴l 结构相互捧掰豹蕊律，成为蘩坑工程设计秘研究工俸中的重点翻斑点。 目前的设计计算方法，还不能对上述问题做出圆满的解答。深基坑支护结 构上的土压力大小及分布如何，如何预测深基坑工程的变形，展开此方瓣的研 究，慧缀有意义蠡霉，瞧是生产实菠遭锈需要鹣。 因此，本文选撵基坑工程中士与结构相互作用这一课题，结合润扬大桥北 锚锭基堍工程，以变形为主线，浆用对实测资料分析、理论方法计算及数值模 攒等手菠，瑟支势缭稳上静交形弱主压力懿鞠互影确传较为系统匏骄究。 1 2 研究现状 1 。壤体东平位移 支护结构水平位移的计算方法，目前最为常用的是弹性支点法【2 】，该法在 在一定瑕度上考虑了结梅与的襁互作用，能诗算褥到支护继梅水平位移，相 对于极隈平衡方法稳了狠大酶进疹，应爝较为广法。 通过对原型观测数据或数值模穗计算结果的拟合分析得剿半经验性绪论， 或者意接出大量原型溉测数据掇擞经验公式，瞧是研究基坑工程变形的零用手 段。j 骜震雄姨多个基璇的篮灏资籽入手，对支护结构静永平往移箨了西嬲分析 1 3 l ，认为其符合抛物线分布。 避几十年来，隧整诗算搬技术媳进步，以崧主力学、诗簿力学以及计簿枫 辅蘩工程( c a e ) 为蘩硝豹数值模拟技术被雩| 入到砉工程中并不瑟发袋，成 为目前比较常用的研究方法。肖宏彬，王永和，王星华针对深基坑开挖中广泛 采用的多支撑挡土结构【4 l ，考虑分步开挖的旌工过程对挡土结构内力位移的影 穗，提爨了戳弹经逮蘩粱理论秀基懿豹毫疆元分掇方法，莠雄簿滋了各开挖泠段 矩阵方程的形式，并对工程实例进行了对比分析。陆新征，宋二祥文对慕基坑 进行了施工全过程的三维有限元弹塑性分析和模拟【5 】，认为进行模拟施工过程 魄土与络棱共固作用的非线性空麟有限元分掇，是十分必要的。 孙树林，吴绍明，裴洪军，对深基坑工程避行了有限元数值模拟佟j ，在此基 摹坑工程变形及支护结构与辅苴作用研究 础上进行了支撑刚度、位移柔度数、土体变性及强度参数等5 因素的4 水平正交 试验设诗，褥鑫了深开挖中豹各个参鼗对多鬃支撵澡玎挖交形豹彩确毪黢霸各 个参数的灵敏度。其绍果表明，墙体的位移柔度数是控制簇坑开挖变形的主要 参数，其他的参数诸如土体的弹憔模量等对基坑变形的影响较小。 2 。遗凌淀跨 p e c k ( 1 9 6 9 ) 根据芝加哥，娜威奥斯陆等地的现场沉降观测资料，键出对 不同土层分析地表沉降及沉降范围的经验关系曲线以及相虚的经验估算方法。 夔嚣，摄攮实戥对p e c k 豹莲线浚避行了答委溺。 m a n a 和c l o u g h 提出一种基于有限元法和工程经验的简化方法稳定系数法。 该法利用坑底抗隆超稳定安全系数与地表最大沉降对开挖深度的比值问的关 系，程瓣褥墓琉疯魏淹莛安全系数鹃基疆上遴道套瑟表求褥邃表流降最大毽， 其抗隆起安全系数一般由t e r z a g h i 法解得。用于计算的关系图表需根据熬坑的 类型、地质条件等作出修正。 潮济大学侯学渊教授在长鞠的褥研与工稷实践中，参考蓐构法隧邋撼两沉 降p e c k 和s c h m i d t 公式，借鉴了三角形沉降公式的思路提出了基坑地层损失法 的概念f 7 l ，地层损失法即利用墙体水平位移和地表沉陷相关的原理、采用姆系 有隈元法或弹往蘧蕊粱法，熬螽袄攥墙薅位移农邀瑟浚簿二者静遗墨移动瑟积 相关的原理，求出她面垂直位移即地面沉降。也有用个经验素数乘上墒体水 平位移而求得地面沉降值的。我因在地下结构和地基基础设计中，较习一濮于用 经工鼗考验遂豹半缀验半理论公式，藏法已在漆海较遮区逐步普及，热主适 当经验系数后，与墩测结果较一致。 3 坑底隐起 蘩坑开挖过程中统底豹隆越，弱翦磅究较少，还没有羧麓精菠静诗冀方法。 日本根据坑底士体卸荷回弹的原理，提出了隆起量计算公式，并列入日本 建筑然础构造设计规范。 阊济大学对基坑隆起进行了系统的模拟试验研究i 7 】，提出了试验公式。 慧瑶瑶，陈文才法从卸载模爨的概念出发，考虑到残余鹰力的影响，报导出 特定焱传下基凌隆麓鬃戆售箕公式。茭与工程实溪进孬了瓣磁分辑p l 。 成郝疆王丈学预二b 学证论文 1 3 存在的问题 ( 1 ) g t 前的基坑工程设计中，大多是采用强度控制，对撼坑变形考虑较少。 但对于许多基坑工程来说，并不怒仅仅需要足够的承载能力，而还应控制变形， 保证鏊城的建筑、遴路、管线等的正常健鼹。如簿预测基境变形，如傍在设量 一 中将基城变形控制在定的范强，这方面的研究工律急待深入。 ( 2 ) 现在的设计计算方法将土压力作为一个确定荷载作用在支护结构上， 其值秘分毒趣律不鼹支护结构的变形两发生变化，没有考虑到与结构鹣裙互 乍霜，这稀霰定和工程实际是不符台酌。 ( 3 ) 土与结构相互作用方筒的研究还不够深入，如何考虑支护结构刚度、 土体剐度等对基坑变形、土压力蛇影响等，都魑基境工程设诗工作中急德解决 酶弱题。 ( 4 ) 数值模拟技术在基坑工程中得到了广泛的运用，但分析的结果大多与 实际工稷有较大出入，还只能仅仪作蠢一个参考。如俺通过对实测资料静分辑 来反演诗算参数，傻褥诗算结巢与实际猿嚣较为窃合，敬灏测下一个工凝的痰 力和变形或者相类似的基坑工程的内力和变形。这方面也浠要进一步的研究和 经验的积累。 1 4 皇要研究内容和研究思路 本论文的主要内密有以下几点： ( 1 ) 对润扬大轿北锚锭基坑晌实测资料避行了整理、姻纳，分拆了墙体交 形、地液沉降以及坑底隆起的特性，包括墙体水平位移与工况的关系，赶鲺表沉 降曲线的形式，水平位移与地表沉降的关系等。并对各项交形作了理论计算， 薅其与窑溅篮遂牙了对跑。 ( 2 ) 分析了各工况下围护墙一e 土压力的作用模式，对比分析了土压力实测 资料与理论计算值，将士压力作用模式归纳为斜直线、波状递增、附加褥载迭 燕三耱澎式。 ( 3 ) 用数值模拟方法分析了撼坑变形的影响因素及结构与土的相甄作用a 通过对比实测资料，确定了数德模拟的计算参数；以改变墙体的厚度、支撑的 截瑟尺寸、支箨瓣躐、土薅瘸囊铃参数来摸毅各穰条静下纂凌豹变形秘溺轳凌 上的土压力，分析了上述参数对旗坑变形和墙上土压力的影响程度。 基坑工程变形艇支护结构与土辅互作用研究 闰卜一1 技术路线图 按零潞线鳃鹜l l 甄示，激蕊凌变黟为磺窕懿主线，锻疆隶平短移、逡轰 沉降和坑底隆起三个方面，同时分析了围护墙上的土压力，研究手段为理论计 算和实测资料分析相结合。采用数值模拟方法分柝支护结构与土的相互作用以 及基坑变形的影响圆素：墙体蹦度、支撑刚度移体剐度。 藏都理工大学嫒士举使论文 第二章润扬大桥北锚锭基坑工程概况 润扬长江公路大耩楚江苏省“蹬纵蹬横黯联”公路主骨架和踌长江通道规划 熬豢簧缝藏蘩努，j l 讫灏髑枣绕藏公魏，跨经长江藿鼗溺，逶溺江至三亚遁遣 主干线；南止于3 1 2 翻邋，接上海至戒都潮道主干线：金长2 3 5 6 公里，由北 接线、北汉桥、世业洲商架桥、南汉桥、衔接线等五部分组成。南汉主桥为主 跨1 4 9 0 米单孔双铰钢耥粱悬索桥，跨径为中阐第一、世界第三。北汊主桥采用 ( 1 7 6 + 4 0 6 + 1 7 6 ) m 的三跨双塔取索面钢箱粱斜拉桥。 箕巾嘉汉惑素臻j 镰醢垒落在江中氆澈溅上，锤褒震承受约6 零万楚 壹力， 施工外轮廓线( 地连墙外边线) 为6 9 m 5 1 m 矩形，要求锚碇熬底置于基岩上。 基础四周采用厚1 2 m 的钢筋混凝土地连墙及内支撑结构围护和防水。 2 。_ l 工程概况 经多次专家论谨，结禽j e 锯碇基础的蛾綦条伴，最终溺定j 锚碇基础工程 支护结构采用嵌入基岩的矩形地连墙加内支撑的围护方案。 戆 漱 1 5； 铲 8 最 固2 一l 蒸坑支护结构乎筒承意图( 含监测点位置) 蘩巍程变形及支护结构萼褶至俸矮醣究 矩形地连墙的外包尺寸为长6 9 m ，宽5 0 m ，基础底板底丽商程4 1 5 m ，顶 板商程+ 3 o m ，顶底板脬度均为5 m 。地下谶续墙厚度1 2 m ，共划分为4 2 个槽 段，槽段间接头采用“v ”型钢板柔性接头，各槽段地连墙底商程随基岩分布 及风纯程度交化嚣不阍，没诗嵌岩原剩：嵌入强风化层6 o m 娥弱风伍层3 o m 绒微风纯层l 。o m ，当强弱弧纯淳疫超避3 0 m 时，袋入镦风纯鼷0 。5 m 。平均嵌 岩深度3 m ，地连墙平均深度5 3 m ，最大深度5 6 m 。内支撑采用钢筋砼支撑，最 终宵十一道支撑组成。 熬坑开挖施工共分1 3 步工况，具体工况见下表： 表2 一l 润扬夫挢j 镂碇深蕊竣工程开挖王穗一稳裘 工况序列说明时间 1 2 第二道土方开挖 2 0 0 l 。1 2 1 4 2 0 0 1 1 2 2 5 3 第三道土方歼挖 2 0 0 1 1 2 2 6 2 0 0 2 1 5 4 第四遴土方拜揎 2 0 0 2 1 石2 。2 1 1 8 5第五遵方拜挖2 0 0 2 。1 1 9 2 0 0 2 。l 。3 1 6第六道方帮挖2 0 0 2 2 1 2 0 0 2 2 1 2 7第七道土方开挖2 0 0 2 2 1 3 - 2 0 0 2 2 2 2 8 第八道土方歼挖 2 0 0 2 2 2 3 2 0 0 2 3 4 9 第九道土方开挖 2 0 0 2 3 5 2 0 0 2 3 1 5 1 0 第十道土方舞挖 2 0 0 2 3 1 6 - 2 0 0 2 3 。2 7 l l 第卡一遵方汗控 2 0 8 2 3 2 8 - 2 蠲| 2 4 ，8 1 2第十二道土方开携，底援垫2 0 0 2 492 。0 2 4 。2 9 层混凝土浇注，并养护 1 3 底板混凝卜浇注 2 0 | 0 2 4 3 0 2 0 0 2 5 4 2 。2 场地地震条件 长江在桥址区被世业洲岛隔成南北两汊，南汉悬索桥北锚碇场区位于世业 洲岛尾部偏南侧，微地貌属江中滩地，周围原为居民区和耕蚍，现已被征用填 平；场内地势平坦，地颥商程2 。8 5 3 4 9 米( 黄海高程，下同) ；场地中心以南 1 2 5 米左毫笺骞东嚣囱大疆( 老疆 ，鬟鬻隔数寒宽鱼塘又绞蠢一逶襄爨，鞋 辨楚近百米宽的滩地，滩面高程4 。o 5 0 米。 依据场地工程地欲勘查资料，基坑工程地基条件较为复杂，自上而下主要 脊j 魇5 0 m 的覆盖层及熬岩组成。 璧墨璧三奎兰堡圭兰垫鎏塞 2 2 1 场地地质结构特征 1 第豳系覆盖层 场区覆盖层为第四系全新世河流冲积物( q 4 a 1 ) ，总厚度4 5 7 4 8 5 m ，自 上两一f 袋次为： i1 甄粘土：褐黄灰黄色，上部层理不明显，1 米以上硬塑状：下部略 显水平层理，软塑流塑状，底部一般夹有粉砂或亚砂土；分布于场地袭部， 层厚一般为1 2 1 9 张。 i2 亚砂土夹粉砂：灰黄灰色，粉砂墨饱和松散状，皿砂土为流魍状， 层厚一般0 8 1 3 米，分布于i1 屡亚粘土下。 嚣l l 淤泥质驻糖：灰惫，滚塑凌，其零乎层理，璇均。链述：i 暨撩中缕 孔严藿，厚度一般为2 4 4 4 米。 i i1 - 2 淤泥质弧粘土：灰色，流塑状，其水平层理，层丽附粉砂或间夹薄 层粉妙，厚度般为3 。5 5 。6 米。 1 1 2 淤泥质亚粘土与亚砂土、粉砂互层：灰色，亚砂土、粉砂为饱和松散 状，淤泥质亚粘土为流塑状，呈水平互层状分维，质不均：粉砂与亚砂土累计 厚度大予淤泥质亚熬土厚度；艨簿度一般为2 9 6 ，0 米，底赛埋深藏程为 1 2 5 9 1 4 6 3 来。 i i l l 粉细砂：灰色，饱和，中密，粒匀，成分以石英和长石为主，少星云 母等，罄本无粘粒。根据现场标准爨入试验击数统计又可分为1 1 1 1 1 、1 1 1 1 “2 、l i l l 一3 三个亚屡，i i l l 1 佼于高翟1 8 笨淡上，n = 1 2 击3 0 c m ，1 1 1 1 2 位于藏麓，1 8 一2 6 米，n = 1 7 击3 0 e r a ，1 1 1 1 3 位于高程2 6 以下，n = 2 1 击3 0 c m 。 i i l 2 砾砂：浅狄色为主，饱和，中密，分选性差，夹有禽砾粗中砂或粉缨 移，鬟大粒径约l 。5 c m ，疆颡粒多璧次棱角状，藏傍馥石葵、长磊为主，基本 不含粘晕囊，钻进时易塌孔；该层脬度为1 o 5 0 米，项界煺深约为3 4 o 3 8 0 米( 即商程3 0 0 7 3 4 0 2 米) ，具北高南低之势。 l i b 羚缨砂：灰饿，馋帮，申密，大部粒匈，局部夹孛妙，残徐敷磊英长 石为主，少量云母等。层厚一般1 0 5 0 米，夹予i i l 2 层砾砂和h 1 4 层砾秒之闯。 i i l 4 砾砂：特征与i i l 2 层砾砂相似，分布予i i l 3 层粉细砂下，厚度为1 o 5 o 米。 1 1 1 5 耪缨移：获氇，德帮，孛密，大都粒殇，戒傍激石荚、长石为主，弱 部夹藏砂土，底部含小卵石，分布于覆盖层底部，层厚1 o 5 0 米不等。 蓬，r f 可覃= 酉弋鬲丌f 覃_ f 可百霜 蓬n 叮车宁甲牛译宁千守耳译甲 誊 塑耋 禽甍攀 巢 誓 壅 妻 菱 誊鍪 出 匝旧丽峰君皑h n i n 回 搴i 黟i 妻茸 警_ 孽一器蓁j 堡墅垄三查兰鐾主翌堡鲨塞 2 繁岩 场区岩面高程一4 2 7 - 4 5 0 8 米，具西离东低之势，东半部相对较平坦。基 岩为熬l l i 晚期侵入岩，岩性以糇粒花岗闪长岩为主，穿插后期侵入的花岗斑岩、 辉绿蠢等。由于甄裘擒逸终震，岩髂蠹发露鸯醛裂砉、筠造受繇美潺等蕊遥交 溪卷带。基岩静风纯特镊蔓要受岩缝及掏造影响程度控翻，融化差舅明显，全 风化带缺失，强、弱风化带厚度变化较大。钻孔揭露的基岩特征如下： w 3 基岩强风化带：浅灰绿墨绿色，风化裂隙极发育，许多矿物风化为粉 末状，颗粒闽结台力丧失，崭体呈密实角砾状或软硬不等的碎块央是砾状， 鼷狳骧压瑟瑟呈鼗傣；渡藏诧萤分毒攫不穗匀，大零分速鬏簿矮小予3 寒，瑟 郝靛失，颧裂破碎带楚剿较厚，b 1 5 号镑孔搦示风位厚度近1 2 ，5 张。 w 2 基岩弱风化带：浅灰略带黄色，风化裂隙发育，许多裂隙两侧数毫米范 围矿物退色，裂隙内充填物多已风化为泥质物，岩体一般呈块( 石) 碎( 石) 夹极少量淀状松软结构，岩块软硬不均。该风他费厚度一般0 5 4 。0 米，断裂 酸棼繁疑较霉，场区中溺1 3 - 0 5 、b - 0 9 、b 1 2 鸯链孑l 箍示弱溅键箨发为6 o 1 0 米。 w l 基岩微风化带：场区微风化基岩主要为花岗闪长岩，少缀为花岗斑岩、 二长凇、花岗闪长岩为浅灰色或浅灰略带红色，粗粒结构，分稚予熬个场区内， 岩履硬。菇岗斑岩为澡荻色或青灰色，斑状壤穆，岩石致密坚嫒，拭风佳性能 强，器毒奉完整魏遂穗对较姆，该类老髂圭簧分蠢予琢区嚣筏，鬻转舀l 、b 。0 2 钻 孔酌上部，其与覆盖层接触部位往往缺失强风化带；二长岩为肉红色，细粒结 构，岩质硬，但节理、裂隙很发育，仅在b 0 2 号钻孔夹在上部凝岩与下部辉绿 岩之间，显示出经受挤聪破碎及严重风化的特征；辉绿岩多璧敬绿色，局部为 泼灰瞧，细粒结构，硬魔与上述三类岩石相魄樱对较低，且抗鼹他性能差，该 类装石铰在b 鸵号链琴0 f 部逡褒，显示澎缀受蘩压簸痒及严黧熬亿蕊褥程。 从钻探取芯情况肴，基岩普遍受构造影响严重，岩体中节瑷、裂隙发育， 在场区1 6 个钻孔中有两个钻孔( b 0 5 、b 0 8 ) 揭示出角砾岩，谢9 个钻孔不同 程度的揭示出碎裂岩：推测在场区内发育有一条挤压破碎带，熊走向主要为近 南北向；破碎带岩钵以皴碎蠹秀主，阀夹戮簇蕉砾夹浞、瞬层漉等款弱夹层， 显示滋莲链酸碎特簦。该蔽醛豢裂蘑多碧较凝糙瓣波浪形，必溪蠡穹爱蔼少冕， 裂隙内多为方解石充填，部分贯穿性较好的裂隙内方解石充填不完全或充填物 己被风化成粉末状。该破碎带在场区南部较窳，至场区东北部逐渐收敛，并分 成两支，一支转向北东，一支转向北西医。 一一一 蓬鉴三篓奎垄叁茎篓釜鳖曼主塑兰垄望笙窒 2 2 2 场地水文地质条件 场区表部i1 层豫糕土有较多虫孔及槭物根系腐化后留下的管孔，透水性 较好，其下有一层蓐浚不大兹亚砂土夹粉妙( 12 ) ，鼹者赋存少肇上层滞承， _ 羲竣接受天气簿雨 绘。下茯予| 2 层豫砂兴粉砂下酶i i1 联淤泥壤堑糙主逮 水性麓，为上层滞承与篡下孔隙式微承压水之间的水平隔水层。 淤泥质亚粘土以下的砂类土层中赋存孔隙式微承压水，补给来源于洲外长 江水，水位亦受其控制；勘测期间，承压水位埋深2 米左右。由于场区基岩缺 失残积层葙全鼹佬层，潦豢中颓燕4 5 。以上浆穆造裂藤发秀，蒺蠢裂骧零与上 覆移袭主中兹孔豫式激承匿承壹接联通，黼撵其有锾承压睦；场嚣基岩内发育 的挤压破碎带夹有泥化物，它们对基岩裂隙水的水平向渗透脊定的阻隔作用。 其水文地质特征为1 6 1 7 m 以上的软粘土，其透水性较豢，为下伏微承压 含水层的项板；以下至风化基岩顶板厚度约3 2 m 的砂层构成第四系微承压水鲍 圭黉食泰屡。垂予场嚣难受汪于渡( 嘉汊 不及5 0 0 m ，东裂联系密窃，稳互渗 透，补给永源丰富，致场区墟下承呈镪耪状态。 2 2 3 工程地质性质 赫察巾对埋深高裁- 1 3 + 0 朱左右( 戬上 的糖性及糙缝土与殄类互层夔 ( 、1 1 ) 覆盖瑟分潮避行了 、l i 级渤搽采弹、十字援蘸位试验，对堙深嵩 程一3 0 米左右以上的粘性土、粘性土与砂类士互层及砂类土层( i 、i i 、i i i ) 覆 盏腰进行了静力触探测试；对基岩面以上的覆盖层进行了钻孔内原位标准贯入 试验，并在砂类土层勘探中取i 级试样。结合现场原位试验及嶷内试验资料， 获褥的土层物理力学撂撅参见表2 2 、表2 3 。 表2 2 基岩强琏拯标推荐值 岩石单轴极限压强地基窖许承载力推荐值 分层代号 岩石名称 l l a ( m p a ) 【0o l ( m p a ) 必 强斑纯基磐5 0 0 w 2弱燕纯基岩 l 溪辩 微风化基岩 8 5 w l 微风化碎裂岩 2 0 成群理工大学醺士学位论_ 叟 袁2 3 地基土层物理力学指标 重力密度总应力指标 层号及土名 k n m 3 c ( k p a )由( 度) i l 亚粘土 1 8 41 27 ：甄移夹麓移 主s ，l87 i i l _ 1 淤泥质弧粘 1 8 11 26 i i1 - 2 淤泥质亚粘十 1 8 1 1 51 0 i i2 淤泥质亚粘土与 1 8 31 01 2 照砂+ 、耪砂互屡 i l l 耪 l 珏h e3 1 l o 1 9 20 3 2 细砂 1 1 3 03 3 2 砾砂 2 0 5 03 5 h 1 3 精细砂 1 9 。8o3 4 疆l 。繇砂2 0 ，5 o3 5 i 王5 耢细砂 1 9 8 03 4 2 3 施工过程监测 2 3 1 现场检测麓露酶及意义 信息化施工是目前地下工程中广泛提倡并应用的重要方式及施工管理理 念。为此，施工监测就成为信息化施工的爨要项目，并且是施工管理、施工决 策盼主要依据。对北镶锭深基凌工程开展象绞静藏工监测，不仅w 良有效的跟 踩藏王活动，及对了瓣藤工动态、重护及支护缝稳戆安全狡猿，露且通过实溺 值与计算值的比较，熊可靠的反映基坑工程中施工所造成的影响，能较准确地 以量的形式反映这种影响程度。由于深基坑工程中地质条件、荷裁条件、材料 性质、施工工况以及其他外界条件的变化，很难单纯从理论上预测或计算，理 论计算值一般与实测馕之间也有较大的偏差，因此在地下工程的媳工过程申， 茏萁怒对予溺扬长江公爨太攘巍镶锭基坟王糕这一类趣大燮魏下王程，蓑登续 在施工组织设计中制定台适的施工监测计划。任何轻视或忽略施工监测的行为 或恩想，都会给施工安众、施工质量带来煎大隐患。 工程监测的目的主臻有 蕊凌王程变影爱支护绪鞠尚t 摇至律霜疆究 ( 1 ) 将监测数据与预测值( 计算值) 进行比较以判断前一步施工工艺和施 工参数是否符合预期要求，并确定、优化下一步的施工参数，做好信息化施工； ( 2 ) 将现场监测结暴用于优化设计，使设计达至4 优质安全，经济合理、施 工浚捷魏国簿，并减少旋工恣意，避免工程事薮； ( 3 ) 将现场监测的缩果与理论预测谯相比较，用反分析法推导出更为接近 实际的理论公式，用以指导其它工程；或修正已有的设计计算理论与方法。 2 3 2 现场监测内容 根据本工程特点、现场情况及设诗臻求，施工监测内容如下： 1 地下连续墙监测 ( 1 ) 地下连续墙顶熬赢沉降、平面位移监测 ( 2 ) 地下连续墙纵肉变形监测( 测斜) ( 3 ) 琏 奉镪麓瘦力簸灞 2 支撵系统监测 ( 1 ) 支撑轴力监测 ( 2 ) 圈檩内力监测 ( 3 ) 立撞内力监测 ( 4 ) 支津立疆强隆蕊溅 3 士王盗测 土服力监测 4 水工监测 ( 1 ) 坑内、外地下水位监测 ( 2 ) 壤终魏骧东压力蕊溺 s 环境盗测 ( 1 ) 坑外地基沉降、水平位移监测 ( 2 ) 长江大堤变形般测 6 温度监测 ( i ) 缝下连续墙瀵浚鬟螽溅 ( 2 ) 支撑及围檩瀑凌簸溅 2 3 3 现场监测的具体实施过程 监溅点的埋设分三个玲段实旌； 成群瑾工夫学鹾士学斑论文 第一阶段：地下逡续墙施工，主要煅设测斜管及墙休钢筋应力计； 第二阶段：第一道围檩簏工前二周，主要埋设墙外土愿力计、孔隙 水压力计、地下水位测管及周边地基沉降般测点； 第三除段；基绽拣主嚣鲶班嚣，差羧埋设壤瑗瀛簿像移测点、立拄 沉晦测点，著随支撂藏二 进程，逐瑟毽设支撑应力诗、馘擦应力。 在此阶段总计布设各类监测元件数擞如下： 表2 4 北锚碇深基坑施王监测元件数量一览袭 序母 监测项圈测点数量备注 l 壤璎浚洚嫠穆 】8 熹 2 围护墙侧淘位移 重2 孔 孔深5 0 涞 3 连续墙钢筋应力4 孔8 0 只应力计 4支撑轴力8 3 点1 6 6 只应力计 5 闱檩内力2 0 点8 0 只应力计 6 魏隙艰蠖力 4 瓿 2 0 哭应力诗 7 糕力 4 孔 2 0 廷痘力诗 8地下水位l o 孔 9立柱沉降l o 点 1 0 地基沉降位移 2 8 点 依据润拯丈桥奄汉慧索撬悲锚碇綦璇王骥的施工遴度及工纛特点，施工盗 溅工瑕频度藐行情猿参熬褒2 5 。各溺煮枣嚣露参冤餮2 3 。 袭2 - - 5 北锚碇深蕊堍摊工监测频度一览袭 监测监测频率 项目围护体施工坑内降水开挖至板施工至地面 劂边地基沉降、位移测点埋没1 次，3 天 1 次，l 天1 次，3 天 燕护墙磉浚终、经移熬点埋设，1 次珏天 1 次珞天 圈护壤铡向位移 测点理设，1 3 ：1 天 1 次，3 天 连续墙钢筋赢力 连续墙混凝土应力测点埋设 1 次1 天1 次3 天 立柱内力 支撑轴力，测点蠼设1 次，1 天 1 次，3 天 圈攘蠹力 ，溺焱蠖设1 凌锺天 t 次，3 天 立较隧起 ，溺点穗设1 凌，l 天1 次，3 天 坑外孔隙水压力 测点埋设1 敬3 天1 次n 天1 次3 天 坑外十压力测点埋设1 次，3 天 1 次1 天1 次3 天 坑内、外地下水位测点埋设t 次3 天 1 次1 天1 次，3 天 温度测点埋设 测点埋鲢1 次n 犬t 次，3 天 基坑工程变彤敷支护结构与榴，扭作用研究 j i 矗测工作从2 0 0 1 年1 2 月1 4 日正式开始，至2 0 0 2 年5 月7 日基坑底板浇 笺完藏，戳每天一次鹣篮溅簇爱野震王 睾，势每天提交蕊浏嚣掇，共竞成1 5 0 次监测妇报，同时提交监测周报；从2 0 0 2 年5 月1 0 目起，每3 天监测一次， 并提供煅测日报；从5 月2 5r 开始参照基坑工程的运行情况，施工监测频度调 整为每l o 天1 次。 瑶 蝼崩 圃 e 茜 哑霹翅长通彝州 一t h 叫n 咂霹翊删鼍；璀匿鑫似 一n三一拿 蜓丽翅号倒#删 一甲h一-蜒再捌趟*一。_i)蠹 辞毫圳长氆壤幂鞋曩f 嚣上一。 帚霹纠r赳叫 一甲h 一_ 乖霹捌每咀*釜1 一甲h一一幕绸谗犁足誊母单f一=三一咂幕龋静掣，避嚼母晕f一=土一t 囤棚睡删摆唾屡胡吾圭h螺醐聪堪招暑蜷k霰瘿山圃 一籍姆曰嚣趟幢章霉剞掣群匪 军#划啊瓯n掣帚蚺j并1蘸圳划啊转阻越鞲州，n一*。，柱划鞋1坩帚心帚群胡堪*， 一。9i#球#长通掣群霉制晕毒显年f走#r通一葛+t球剌酉f趟恬鞘采脚球掣群r|蔷靛卜，；上，c工，=牛林*。口嘿雕司*n氓蹴匡壁州# r赳睦蠡r埘叫w蛙辞蜘辞1蕊纠长出叫，一 一畦。t扛f*。寸霞醋谆*最醋窒厘w#r逍窿 0 0c 工。 姑 商皑 啦叫 n 咳 o * _o _ 峭 影芸 似智g扑二f警扑kh甜稚援 基坑工程变形及支护结构与土相互作用研究 第三章基坑变形模式分析 深基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全与稳定，而且要有效控制基坑周围 地层移动以保护环境。在地层较好的地区( 如硬塑粘土地区，中等密实以上的 砂士地区，软岩地区等) 。基坑开挖所引起的周围地层变形较小，如适当控制， 不致于影响周围的市政环境，但在软土地区( 如天津、上海、福州等沿海地区) ， 特别是在软土地区的城市建设中，由于地层的软弱复杂，进行基坑开挖往往会 产生大的变形，严重影响紧靠深基坑周围的建筑物、地下管线、交通干道和其 他市政设施，因而是一项很复杂而带风险性的工程。 当前在城市基坑工程没计中，基坑变形控制要求越来越严格，此前以强度 控制设计为主的方式逐渐被以变形控制设计为主的方式所取代，因而基坑的变 形分析成为基坑工程设计中的一个极重要的组成部分，这一点在软土地区尤为 重要。 3 1 基坑变形形式及机理 由于基坑，破坏了原来的平衡状态，基坑底部土体向上回弹隆起，同时墙 体向基坑方向位移，导致墙后土体中应力的释放和取得新的平衡，引起墙后土 体的位移，引起地表的沉降。 因此，基坑开挖变形主要包括三个部分：墙体变形、基坑底部隆起、墙后 地表沉降。 3 1 1 墙体的变形 基坑开挖时，荷载不平衡导致围护墙体产生水平向变形和位移，从而改变 基坑外围土体的原始应力状态而引起地层移动。基坑开挖时，围护墙内侧卸去 原有土压力，而基坑外侧受主动土压力，坑底墙体内侧受全部或部分被动土压 力，不平衡土压力使墙体产生变形和位移。围护墙的变形和位移又使墙体主动 土压力区和被动土压力区的土体发生位移，墙外侧主动土压力区的土体向坑内 移动，使背后土体水平应力减小，剪力增大，出现塑性区；而在开挖面以下的被 动区土体向坑内移动，使坑底土体水平向应力加大，导致坑底土体剪应力增大 而发生水平向挤压和向上隆起的位移。 成都理工人学硕士学位论文 墙体变形不仅使墙外侧发生地层损失而引起地表沉降，而且使墙外侧塑性 区扩大，因而增加了墙外土体向坑内的移动和相应的坑内隆起，墙体的变形是 引起周围地层移动的重要原因。 当基坑开挖较浅，还未设支撑时，不论对刚性墙体( 如水泥搅拌桩墙，旋 喷桩桩墙等) 还是柔性墙体( 如钢板桩，地下连续墙等) ，均表现为墙顶位移最 大，向基坑方向水平位移，呈三角形分布( 图3 一l ( a ) ) ，随着基坑丌挖深度 的增加，刚性墙体继续表现为向基坑内的三角形水平位移或平行刚体位移，而 般柔性墙如设支撑，则表现为墙顶位移不变或逐渐向基坑外移动，墙体腹部 向基坑内突出( 图3 1 ( b ) ) 。 变位 变位回夏 斗十 3 1 2 基坑底部的隆起 图3 1 墙体水平变形 基坑开挖时，由于解除了土体的自重应力，坑底土将产生回弹。开挖还将 导致坑底土体产生负孔隙水压力，从而进一步导致坑底土体软化，吸水膨胀， 使坑底进一步隆起。坑底土体隆起是坑底土体原有应力状态因垂直卸荷而改变 的结果。 在开挖深度不大时，坑底土体在卸荷后发生垂直向隆起，当围护墙底为清 孔良好的原状土或注浆加固土时，围护墙在土体作用下也被抬高。坑底隆起量 为中间大，两侧小( 图3 - 2 ( a ) ) ，这种隆起基本不会导致两侧围护墙体的侧 向变形。随着开挖深度不断加大，坑内外土面高差不断加大，到达一定程度时， 将导致基坑坑底产生塑性隆起，同时在基坑周围产生较大的塑性区，并引起地 蒸城工程变形及支护精秘与t 辐互萍臻疆竞 表沉降。隆起量也逐渐由中部最大转变为两边大中间小的形式( 图3 2 ( b ) ) ， 但对于较窄的基坑或长条形基坑，仍是中间大，两边小分布。 3 1 3 建表沉降 ( a ) 图3 2 基底的隆起变形 ( b ) 当开挖深度较大越土质软弱时，基坑周围土体塑性区范围较大，土体的塑 性流动也比较大，土体从围护墙外围向坑内和坑底移动，由此使阐护墙后地表 产生地层沉降。这是地袋沉降的主要原因。 投据工程实践经验，建表滚海戆亵耱热整戆莛线形装懿圈4 3 瘊示。藿3 - - 3 ( a ) 的情况主要菠生在地层较软弱麓鼠墙体的人土深度又不大时，墙底处 碌示较大的水平位移，墒体旁边出现较大的地表沉降。图3 3 ( b ) 的情况主 囊发生在有较大的人土深度或墙底入土在刚性较大的地层内墙体的变位类同 于粱的变饺，此时地袭沉降的最大值不是猩蠊旁，而是位于离墙一定距离的位 甏乏。 ( a ) 叫 、：竺一一” ， ，h 一0 鼢 ， l 7 ? 1 7 硬地屠 ( b ) 霭3 3 基底的陵起变形 - 1 9 一 袋都理工大学颈l ：学使论文 许多研究者或根据实测资料，或根据模型试验，或根据有限元计算，提出 了多种沉降曲线形式，但相互之间差别较大。图3 - - 4 即其中几种。 图3 4 几种地裁沉降曲线 上曩孛的指数分稚鼹线缓设流降疰 嚣帮分爨加维成，一部分炎三焦形分京， 癸一都分受正态分京。它浚为滚降莛强菇鞭瀚妒墙n p xt a n ( p 4 - f 2 ) 戳肉，这与 实际情况相差较大。 上海经验分布曲线怒根据上海地区实测资料提出的，是一j f 申槽形的沉降曲 线，其数学形式非常复杂，该曲线建立的楚地表沉降值与最大阑护墙侧移值之 阙昭经验关系。 三角形蓝线较早幽摸学渊教授提出侯教授认为悬臂支护基坑和变形较 大的有内支撑基坑的地袭沉降均为三角形分布。实际工程和计髯研究都发现， 该曲线假设最大沉降发生在基坑边缘与多数情况不符，且实际沉降值并非随距 围护墙的距离呈线性变化。它也认为沉降范围为距围护墙h p t a n ( p 4 一f 2 ) 。 懿耪线分毒形式国p e c k 和b o w l e s 餐- n ，它更好逢爱浃了实际沉黪蓬交诧 的方式，但它仍认为最大沉降发生在基坑边缘。 对于地表沉降的范围，日本对基坑开挖工程提出了如图4 - - 2 7 所示的影响 范围。 基坑工程变形及支护结构与土相互作用研究 ， 良好踅慝 ( 京固 j 豹情况 叠好地壤 f 壁泛旦d 的情况) ( f ) 图3 5 基坑工程开挖的影响范围 ( a ) 砂土及非软粘土的影响范围；( b ) 软粘土时的影响范围( 入土在良好地层的情况) ( c ) 软粘土时的影响范围( 围护墙入土在软弱底屡的情况) 3 2 计