西安地铁运动公园站深基坑变形规律现场监测研究.doc

西安地铁运动公园站深基坑变形规律现场监测研究 某深基坑支护结构变形分析与数值模拟 作者：天天论文网日期：xx-12-2410:45:16点击：0 摘要：为研究深基坑支护结构变形特性，以新景世纪城基坑工程为例，采用数值模拟手段对该工程变形特性进行了仿真分析，运用现场监测数据验证了数值模型计算的准确性，深入分析了深基坑支护结构变形的影响因素.结果表明：抗剪强度指标越大，基坑位移越小，但不是特别明显；增加灌注桩的桩径、嵌固深度和锚杆长度，可以有效的抑制基坑位移，但是增加到一定程度时，这种抑制基坑变形的效果不但十分有限，还会大大增加成本消耗；锚杆倾角在15左右时，支护结构变形较小. 关键词：深基坑；支护；基坑开挖；结构变形；仿真分析 引言随着经济飞速发展，地面建筑物的规模越来越大，进而对基坑工程的要求也不断增加，深基坑支护稳定性问题也日趋复杂1-3.深基坑工程属临时性工程，其技术复杂性远高于永久性的基础施工，施工或外荷载等因素的扰动所很可能引起支护结构受力过大、位移超限而发生种种意外4.深基坑开挖研究涉及诸多方面问题，如基坑自身稳定问题、支护结构稳定问题及周围临近建筑物、地下管线稳定问题等5-16.本文以新景世纪城深基坑支护工程为研究对象，通过建立有限元分析的数学模型，对工程进行动态模拟分析，深入研究影响基坑支护结构应力及变形的因素，以期为相关工程优化支护设计参数提供借鉴.1工程概况拟建场地位于鞍山铁东区，园林路西、新华街南.该拟建商住楼，地上2134层，地下室2层，楼高100m，采用框剪结构，基础形式为桩-箱基础.该工程地基基础设计等级为甲级，场地复杂程度为乙级.场地土体类型为中软场地土，建筑场地类别为类.场地地貌类型属剥蚀丘陵，地形起伏不大，成缓坡地势，由南向北逐渐倾斜.场地地层由第四系全新统人工堆积层杂填土、第四系全新统冲击层粘性土以及风化混合岩组成.本场地在钻探深度内遇见一层地下水，地下水类型为上层滞水.稳定水位（每个钻孔均见）埋深2.0 3.1m，稳定水位高程为48.6552.36m，赋存于杂填土和粉质粘土层中.水量不大，随季节变化很大，其主要补给为大气降水.本场地在13号钻孔中取水样，根据水质分析试验结果表明，该场地地下水对钢结构有弱腐蚀性，对混泥土和钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性.2新景世纪城基坑工程三维有限元模拟2.1模型的建立为避免模拟的边界效应，选取离计算边缘四周70m、距坑底30m作为边界.按设计要求施加周边建筑附属荷载115kPa，公路车辆荷载按5kN/m2取值.深基坑支护结构包括地下灌注桩和锚索等，建模时采用等刚度法，具体等效成地下连续墙原理如下： 设灌注桩中心间距为t，桩直径为D，因此，单根灌注桩可等效成长为D+t的地下连续墙，设等效墙厚度为h，则二者按等刚度原则可等效为13141264（D+t）h=D，（1） 式中，0.8.811hDtD=+.模型侧面采用水平约束，底面为固定约束，顶面为自由约束.土层按地质条件分为4层，材料参数按表1选取，材料模型采用Mohr-Coulomb8节点六面体单元，锚索钢筋采用 rebar单元，不考虑桩间土体相互作用，按照刚度等效原理，运用ADINA有限元软件建立数值分析模型，见图1.图1有限元分析模型Fig.1finiteelementmodel本数值模型是在考虑原地应力存在、开挖后应力失效及灌注桩和锚杆应力施加的基础上，设置时间步8个，步长为12，分三层进行数值仿真模拟开挖深基坑.表1土层材料参数Tab.1materialparametersofsoil土层弹性摸量/MPa粘聚力/kPa内摩擦角/()泊松比密度/(kgm-3)素填土916110.21760粉土1443170.21850中砂2612340.251650砾石3512370.2519502.2模拟结果与监测数据对比在深基坑周围共设置20个监测点，选取其中4个有代表性的监测点，见图2，采用这4组基坑支护结构变形实测值与数值模拟结果进行对比分析.4个点位监测值与模拟值比较见图3图5，A点处变形持续增大，点B、点C位移值较小，且达到峰值后位移值又有所减小.由于开挖支护过程中非常重视基坑阳角位置，为防止变形陡增采取及时支护，因此在点 C4d时位移达到峰值后又下降，是开挖形成的位移被支护措施及时控制的表现，点B距离点C较近，变形规律相同.点A由于在基坑长边，导致了较大的变形，甚至接近16mm，因此后期加大了该位置的支护强度，控制位移进一步发展（点D变形特点与点A相同，图略）.现场监测变形值与模拟值较为符合，证明该数值模型精度符合要求.3基坑开挖变形因素分析3.1土体抗剪强度指标影响为研究土体抗剪强度指标对支护结构变形的影响，选取在原粘聚力数值上增大0%，10%，30%，50%，选取摩擦角分别为15、20、25、30，通过数值模拟研究支护结构最大水平位移值变化规律.见图6、图7，随着土体粘聚力的增大，支护结构最大位移逐渐变小，内摩擦角越大，支护结构的最大位移越小.结果表明，抗剪强度指标越大，对于基坑支护结构变形约束效果也就越好，因为土体自身稳定性提高了，但随着抗剪强度指标的增加，对于位移约束效果越发不明显，所以有足够的支护强度是基坑稳定施工的必要条件.图6粘聚力影响Fig.6cohesioneffect图7内摩擦角影响Fig.7internalfrictionangleeffect3.2灌注桩对支护结构的影响通过数值模拟改变模型的桩径、嵌固深度等参数，对应提取基坑支护结构最大位移值，进一步研究灌注桩对支护结构变形的影响规律，具体见图8、图9.分析图8得出，随着嵌固深度的增大，深基坑支护结构的位移越小，但嵌固深度达到6m后，最大位移值影响变小.因此，嵌固深度必须满足设计要求.分析图9得出，深基坑支护结构位移随着桩径的增大而减小，主要是因为桩径的增大提高了支护结构刚度，但过大桩径对于支护结构变形的抑制并不明显.显然，一味增加桩径来减小支护结构变形并不经济.051048121620变形值/mm实测值模拟值05102468变形值/mm实测值模拟值05102468变形值/mm实测值模拟值02060681012最大位移值/mm40粘聚力百分比增量%15203088.599.5最大位移值/mm25内摩擦角/(o)103.3锚杆参数对支护结构的影响通过数值模拟改变模型的锚杆倾角、长度等参数，对应提取基坑支护结构最大位移值，进一步研究锚杆对支护结构变形的影响规律，具体见图10、图11.图10锚杆倾角影响Fig.10inclinationangle图11锚杆长度影响Fig.11influenceoflength分析图10得出，支护结构最大位移随着锚杆倾角的增大而变大，主要是随着倾角的变大，锚杆的水平分力减小的缘故，从图10中可看出，锚杆倾角在1025，约束效果较好.由图11可知，支护结构最大位移随着锚杆长度的增大而减小，主要是锚杆越长，形成的锚固力越大的缘故，但从图11中看出，锚杆长度达到12m后，对支护结构位移控制趋缓.4结论（1）相同深度下越接近于基坑中点，位移变形越大，越接近于基坑阴角变形越小.相同位置不同深度时，支护结构越接近地表变形越大，越接近于坑底变形越小.（2）土体抗剪强度越大，对于基坑支护结构变形约束效果越好，因为土体自身稳定性提高了，但是随着抗剪强度的增加，对支护结构的约束效果越不明显.（3）增加灌注桩的桩径、嵌固深度和锚杆长度，可以有效的抑制基坑位移，但是增加到一定程度时，抑制基坑变形的效果不但有限，还会增加成本.参考文献： 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7.2现场安全巡视内容.28 7.3现场安全巡视频率.30 7.4现场安全巡视工作实施方法.30 八、监测质量管理.31 8.1质保规定.31 8.2作业规范.31 8.3监测反馈程序.32 九、监测工作制度和质量保证措施.35 9.1监测工作管理制度.35 9.2保证措施.35 十、附图.3610.1XXX站监测点平面布置图.36 施工阶段 XXX车站监测方案 一、概述 1.1工程概况 XXX站位于XXX西侧并与之平行，基本呈南北走向。车站主体东侧为美林园小区，东南侧为美林园小学，西侧为大片温室绿地，北侧为XX市XXX区农业技术推广中心。 车站总长488.9m，设计起迄里程为DK29+215.764DK29+704.664。XXX站主体分两部分，一部分客运线，另一部分为存车线。客运线标准段宽度为20.5m，存车线标准段宽度26m。XXX站为地下双层岛式站，客运线段分站厅层和站台层，存车线段分层只以横梁隔断。 车站共设3个出入口和1个紧急疏散出入口以及2组风亭。1号出入口设置于温棚区；2号出入口位于车站东南侧，穿过XXX沿松江路设置。3号出入口下穿XXX设置于美林园小区门口附近；紧急疏散口位于1号出入口西侧；车站两组风亭均为矮风亭，沿线路方向布置。 XXX站所处地层主要为粘土层（Qa1+p1），碎石土层及泥质灰岩层（Zwhn）。岩土层分界面 起伏较大，粘土层厚2.7m3.4m，风化碎石土层厚0.5m12m，车站基坑泥质灰岩层厚214m。 地下水主要赋存于岩石裂隙及溶隙中，略具承压性，水量一般至中等。场地溶洞可形成导水通道，易发生涌水。 XXX站位于路侧，路边房屋、温室、树木、管线拆迁量大。同时车站跨越一道明渠，明渠宽度约12m，深约2m。车站2个出入口需横穿XXX。 1.2监测的目的及意义 为了更加清楚、详细的了解在地铁施工期间对周边重要的地下、地面建（构）筑物、管线、地面及道路的的影响程度；并对导致监测范围内建（构）筑物等对象遭破坏界定责任时，为业主提供科学的基准数据和报告；应业主及多方要求我司对X标XXX车站进行了测点加密，以保证项目工程安全。 1.3本监测方案编制依据 本实施大纲主要依据以下规范标准和文件编制： 1)XX市地铁2号线工程第三方监测工程3标设计 2)城市轨道交通工程测量规范GB50308-xx 3)工程测量规范GB50026-xx 4)城市测量规范GJJ13-99 5)全球定位系统（GPS）测量规范GB/T18314-xx 6)新建铁路工程测量规范TB10101-99 7)国家一、二等水准测量规范GB12897-xx 8)地下铁道工程施工及验收规范GB50299-xx 9)建筑变形测量规程JGJ8-xx 10)城市地下水动态观测规程CJJ/T76-98 11)建筑基坑支护技术规程JGJ120-99 12)建筑基坑工程监测技术规范GB50497-xx 13)地铁设计规范GB50307-xx 14)“XX市地铁工程第三方监测技术要求”（XX市轨道交通管理公司） 15)其他相关的国家、地方规范、法规、企业标准、管理文件。 二、地铁工程建设影响分析 本标段的地铁工程施工的工法主要有为明挖法基坑，根据地下工程安全监测设计原则要求，在实施安全监测前，必须对各种地铁施工方法引起的地表沉降规律及其对周边的建（构）筑物破坏进行认真分析和预测，指导安全监测的测点布设和数据处理分析，这样才能更好的达到监测的目的。 2.1地铁车站明挖基坑工程支护桩（墙）后地表沉降规律分析 1、影响范围 引起支护桩（墙）后地表沉降的主要原因：桩（墙）体的水平位移、地下水的损失和基坑开挖对周侧土体扰动。明挖基坑工程开挖过程中只要支护可靠，桩（墙）后土体的变形和坡顶地面的沉陷均可得到有效控制。深度相对较大的明挖基坑，不论从工程的 重要性还是工程的难度上考虑，均应充分估计深基坑开挖对周边环境造成破坏的可能性。 采用内支撑的基坑周边地面的变形（包括变形和沉降）与支护结构的结构刚度和所处场地的土层条件有关。受基坑挖土施工的影响，基坑周围的地层会发生不同程度的变形，基坑开挖对周边地表的主要影响范围可参照下式： L=Htg(45o-/2)，式中:L地表下沉范围；H基坑支护结构深度； 土体的综合摩擦角。 基坑支护结构的变形而引起的地面位移和沉降范围约在2.02.5倍基坑开挖深度。因基坑挖土和地下结构施工而引起的地层变形，以及地下水位的下降，会对周围环境（城市道路、地下管线和建（构）筑物等）产生不利影响。 2、桩（墙）后地表沉降随时间的发展及预测方法 地表沉降的变化为抛物线形，墙后地表沉降的抛物线都具有两个特点，即前期沉降速率大、变形快，后期沉降速率小、变形缓，并逐渐趋于稳定。 目前墙后地表沉降的预测方法有很多，例如，时效抛物线法、动态施工粘弹性反演法、智能预测控制法、时空效应法和定点跟踪法等。一般采用时效抛物线法： 在开挖初始阶段，由于土体尚处于弹性阶段，随着荷载的增加，变形似乎成直线变化；随着开挖过程的进行，土中某些部位出现塑性区，塑性区的不断扩展，导致变形速率也在不断的增大；当开挖到底，开挖卸载完成，由于固结以及土体的流变特性，测点的位移将随时间继续增大，速率降低；最后，达到稳定极限状态。整个变形过程为抛物线型，即沉降和时间的关系为： S=at2+bt+c 其中，t为时间，a、b和c为待定的正参数，采用最小二乘法来拟合曲线。