用钢筋混凝土支撑代替钢支撑的深基坑支护特性研究

为控制基坑的稳定性和施工对周边环境影响,国内部分城市建设行政主管部门要求深基坑第一道支撑必须采用钢筋混凝土支撑。为研究钢筋混凝土支撑代替钢支撑前后的基坑受力变形性状,以深圳地铁某基坑工程为例,利用有限元软件ABAQUS,对钻孔灌注桩围护结构+内支撑体系进行了有限元分析。分析时,土体采用Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,围护结构与土体之间采用接触模型,考虑了钢筋混凝土支撑设置在不同的支撑位置,分析了不同开挖阶段支撑轴力及围护墙侧移的变化规律。结果表明:深基坑第一道支撑采用钢筋混凝土与采用钢支撑对基坑的受力变形影响不显著;但根据基坑受力变形性状,钢筋混凝土支撑若设在基坑中部可充分利用其抗压性能,减小围护结构变形和弯矩。     

考虑混凝土支撑徐变的深基坑开挖有限元分析

深基坑开挖时,支撑体系的刚度是影响基坑变形的关键因素之一,由混凝土徐变引起的支撑刚度衰减对基坑性状的影响,目前仍未很好解决。本文以上海某深基坑工程为例,在考虑钢筋混凝土支撑徐变的基础上,利用有限元软件ABAQUS,对开挖过程中支撑体系刚度衰减对围护结构工作性状的影响进行了有限元分析。分析时,土体采用Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,围护墙与土体之间采用接触模型,考虑徐变效应而引起的支撑刚度衰减时,支撑模量采用按龄期调整的有效模量,进而分析了不同开挖阶段支撑轴力及围护墙侧移的变化规律。结果表明,混凝土支撑的徐变效应对围护结构的内力和变形影响较大,在基坑工程设计计算中应考虑这一影响。     

钢支撑架设滞后对地连墙基坑变形影响分析

为研究钢支撑滞后对深基坑支护体系变形的影响，以目前处于施工高峰期的北京地铁13号线、22号线某深基坑为例，通过监测数据分析钢支撑滞后并叠加多种不利因素工况下中立柱、相邻钢支撑轴力变化情况，以及围护结构的变形模式。结果表明：快速的土方开挖与支撑滞后情况下，宽大基坑中立柱隆起速率明显增加；同一断面内第2、3道支撑滞后会导致第1道支撑轴力快速上升；偏压影响下，同一断面内基坑两侧围护结构变形模式不同且墙顶位移方向相反；同基坑不同断面第1道支撑滞后与第2道支撑滞后其围护结构变形模式存在差异；不同壁厚基坑其地连墙敏感度明显不同。     

临江基坑变形及受力性状三维数值分析

邻近江河深基坑由于受地下水渗流及潮位变化的影响,相关的设计与计算方法更加复杂。采用FLAC3D对某紧邻黄浦江的狭长形超长深基坑进行三维数值模拟,探讨基坑分区开挖、坑内地基加固、坑外潮位变化等施工条件对基坑变形及受力的影响,并与实测数据进行对比分析。结果表明,计算模型能够较好地预测不同施工条件下基坑的变形性状;平均潮位下基坑支护结构处于对称平衡受力状态,对维持基坑的整体稳定有利;不同分区间的封堵墙对基坑长边围护墙侧向变形的控制效果不明显;潮位对临江侧基坑围护墙侧向变形的影响较大,低潮位时墙顶会向坑外变形,并影响第1道支撑的受力,潮位变化较大的临江深基坑第1道支撑应采用与墙体整体现浇的钢筋混凝土支撑。     

基于监测与数值模拟的基坑围护结构水平位移分析

以苏州市轨道交通5号线某车站深基坑项目为依托,分析施工监测数据,并与数值模拟结果进行对比,研究围护结构水平位移发展规律。研究结果表明,最下道支撑架设完成至挖至坑底阶段,围护结构水平位移急剧发展,同时围护结构顶部出现向坑外位移,第1道支撑采用钢筋混凝土支撑、最下2道支撑采用800×20钢支撑或钢支撑轴力自动补偿系统可有效降低基坑开挖风险;端头井段基坑整体刚度较大,按断面计算时端头井段基坑设计更保守,因此端头井段基坑安全冗余度大于标准段基坑;遵循时空效应原理,加快施工速度、减少基坑暴露时间是控制基坑变形的重要措施。     

佛山软土地区地铁车站深基坑工程监测与数值模拟

以佛山地铁3号线罗村站深基坑开挖工程为依托,通过对车站基坑开挖施工全过程监测数据进行分析,重点研究临近高层建筑物深基坑围护结构变形随基坑开挖深度和时间的变化规律,同时与基坑周边无压载下围护结构变形进行对比。通过建立三维有限元模型,对基坑开挖全过程进行模拟,再将模拟计算结果与实测数据进行对比分析。结果表明:临近建筑物侧的围护结构变形量比周边无压载下的小,在施加预应力钢支撑作用下,易出现反向位移;基坑开挖暴露时间越长,钢支撑应力释放越大,基坑变形越大;有限元计算结果与监测结果大致相同,表明在佛山软土地区采用内支撑+灌注桩的基坑围护结构是安全有效的,有利基坑安全。     

季节性温度变化对某深大基坑工程的影响分析

通过对软土地区某停滞深大基坑16个月监测数据的整理分析,研究了季节性温度变化对环梁支撑受力、围护结构位移及基坑周边环境的影响规律。该基坑近似呈矩形,长178 m,宽148 m,采用多道钢筋混凝土圆环支撑结合中部对撑的布置形式。监测结果表明:环梁支撑轴力随着夏季到来持续增大,进入冬季后又逐渐减小,支撑内力变化受温度升降趋势影响显著;温度降低阶段,围护桩明显向坑内移动,且桩顶水平位移增量与温度变化近似呈线性关系,降温引起的多道水平支撑体系的围护结构变形增量呈倒三角变形模式;围护结构水平位移的增加,进一步加剧了坑外土体沉降,对基坑的整体变形以及基坑周边环境造成不利的影响。另外,三维有限元分析表明,围护结构刚度对支撑的温度应力影响很大,土质条件越硬,温度对支撑轴力的影响越大。     

深基坑开挖对邻近桥桩的影响机制及控制措施研究

 以天津地铁二号线红星路站工程为依托,采用弹塑性有限差分方法,构建模拟基坑开挖过程的数值模型,通过将土体、桥桩及地连墙变形的计算结果与实测数据进行对比分析,验证该数值模型的可靠性,基于该数值模型,研究深基坑开挖对邻近桥桩的作用机制,分析基坑围护结构刚度、钢支撑刚度和土体强度对控制土体变形的作用,提出控制深基坑开挖对邻近桥桩影响的3种行之有效的工程措施。     

钢支撑预加力对非对称深基坑变形及内力的影响分析

钢支撑是深基坑支护变形控制中的重要支护手段,非对称深基坑因开挖深度不同而具有较大的变形及内力差异。文中针对某一采用钢支撑支护的非对称深基坑工程,基于有限元HS-small本构模型对非对称基坑进行数值模拟,并对不同预加力作用下支护结构的变形及受力特性进行分析。结果表明,深度-水平位移曲线的数值模拟结果与实测值较为一致,施加钢支撑预加力能够有效地控制基坑支护结构水平变形及内力,为同类型的基坑支护设计提供参考。     

基于HSS模型的上海地铁深基坑开挖变形分析

为研究上海软土地区地铁深基坑开挖的变形性状,选取上海地区一典型软土地铁深基坑,基于土体小应变硬化模型(HSS模型)和相应的模型参数,采用PLAXIS 3D软件对该基坑的开挖过程进行了三维有限元数值模拟,并结合现场监测的数据对基坑围护结构的侧移和坑外地表沉降进行了对比。结果表明:使用HSS模型和合适的模型参数可以有效地模拟基坑开挖过程中的变形性状,实测结果与有限元分析结果相吻合,具有很好的工程实用价值; 该上海地铁深基坑的最大地表沉降与围护结构最大侧移间的关系符合上海地区最大地表沉降与围护结构最大侧移间的统计关系; 围护结构的最大侧移深度发生在基坑的开挖面处; 长窄型地铁深基坑仍存在较明显的空间效应,基坑长边中部的变形大于基坑角部,在长窄型基坑的设计和施工中应采取针对性措施。     

地铁深基坑围护结构稳定性影响因素研究

深基坑围护结构稳定性是基坑工程研究的主要问题。以昆明地铁呈贡南站基坑工程为背景,采用弹性地基梁杆系有限元方法,建立三维数值模拟计算模型,并将围护结构水平变形的数值模拟结果与工程实际量测结果进行对比分析,验证了计算模型的可靠性。在此基础上探讨了基坑围护结构刚度、基坑开挖与支撑架设顺序、围护结构入土深度(被动区土体加固深度)等因素对围护结构稳定性的影响。     

主体地下结构与支护结构相结合的复杂深基坑分析

结合一具体工程对主体地下结构与支护结构相结合的复杂深基坑进行了分析。基于土体硬化模型的平面有限元方法对基坑的施工过程进行了模拟,结果表明:该方法能较好地模拟围护结构的变形和墙后的地表沉降;同时主体地下结构的巨大支撑刚度有效地控制了基坑的位移,因而基坑开挖对地铁没有产生不利的影响。采用考虑梁板共同作用的三维有限元方法分析了变标高的首层水平支撑体系的受力和变形,基于切向弹簧边界分析了地下一层水平支撑体系的受力和变形,分析结果成功地指导了基坑的设计。     

水平钢支撑对双排桩受力变形影响的分析

以武汉市凯德广场深基坑工程为背景,利用Midas GTS NX有限元软件和现场基坑监测数据,研究了双排桩、坑内预留土体和2道水平钢支撑相结合的支护体系的受力变形规律,分析了水平钢支撑施工前后、双排桩桩身应力及变形的变化。研究结论可供带撑双排桩基坑的设计与施工参考。     

深基坑支护体系冻胀变形及控制三维数值分析

针对季节冻土区越冬深基坑工程,着重分析由于土体冻胀而导致的支护结构异常变形问题,基于哈尔滨地铁3号线某车站深基坑工程实例,利用ABAQUS有限元分析软件建立基坑的三维有限元模型,模拟其开挖施工的全过程,并将分析结果与实际监测数据进行对比,验证了模型的合理性;使用FORTRAN语言对ABAQUS软件进行二次开发,建立土体的冻胀与温度场之间的函数关系,模拟了深基坑越冬过程中由于外界温度改变而导致的基坑土体冻胀变形、围护结构位移及内支撑轴力变化。提出了在基坑侧壁贴设保温板以控制土体冻胀的防护措施,并以墙身位移和内支撑轴力为指标分析不同厚度的防火型XPS板对基坑保温效果的影响,最后给出了贴设保温板的经济厚度,为今后类似工程提供了参考。     

黄河冲积粉土地区深基坑变形三维有限元分析

依托黄河流域冲积粉土地区深基坑工程，采用大型岩土工程有限元软件PLAXIS 3D建立了深基坑三维有限元模型，土体采用硬化土本构模型，分析了基坑开挖对围护结构及周边环境变形的影响，研究了围护桩嵌固深度及地下水位对基坑围护结构变形的影响。结果表明：采用硬化土本构模型能较好地预测黄河流域冲积粉土围护结构的变形和周边沉降；随围护桩嵌固深度增大，基坑围护结构水平位移减小，但减小的幅度也越来越小；考虑降水的基坑围护结构水平位移远小于不考虑降水情况，应做好降水措施，防止围护结构变形过大。     

深基坑施工对邻近桥墩变形的影响

依托南京某深基坑工程,采用有限元软件MIDAS GTS研究深基坑施工对邻近桥墩变形的影响,通过对比现场监测结果与数值模拟结果,验证了数值模型的可靠性。利用已验证的模型,通过数值模拟,分析了各个施工阶段下围护结构及桥墩的变形规律,探讨了深基坑与既有桥墩距离对桥墩变形的影响。结果表明：围护结构的水平变形形态与基坑开挖深度及支撑结构有关,水平变形沿深度方向呈现先增大后减小的规律,最大水平变形量为15.8mm,未超过控制值±30mm,基坑围护结构整体稳定;桥墩承台沉降量最大值为1.5mm,桥墩倾斜率为1.08‰,未超过控制值±2‰,结构安全稳定;基坑周边土体注浆加固及增大桥墩与基坑距离可有效减小桥墩的变形,桥墩变形与桥墩距基坑距离反相关。     

降水对超深基坑围护结构的影响分析

以润扬长江公路大桥北锚碇超深基坑为例,利用三维有限元软件建立基坑模型,对基坑进行施工模拟,并将计算结果与现场监测成果进行比较,验证数值模拟计算的准确性。在此基础上,分析不同降水时段及降水深度对围护结构变形及内力分布的影响。结果表明：基坑开挖数值模拟手段合理,符合实际工况;改变降水时段,对各层水平支撑受力分配影响明显;改变降水深度,对中上部水平支撑受力分配影响很小,主要影响下部水平支撑受力;工程中应结合实际情况制定合理的降水方案,减小围护结构变形,优化坑内水平支撑受力分配,确保基坑稳定,节约工程成本。     

以现浇钢筋混凝土框架为支撑体系的支护结构有限元数解法

1 支护结构受力和变形全过程大型深基坑支护结构一般由挡土结构和支撑结构两部分组成.挡土结构大多采用钻孔灌注桩或地下连续墙;支撑体系根据所用的材料可分为钢支撑和钢筋混凝土支撑.钢筋混凝土支撑体系由于整体刚度好,在大型深基坑中应用越来越多.对于多道钢筋混凝土支撑的支护结构,施工中通常是分层开挖,分段逐道现浇支撑.根据基坑开挖的过程,这类支护结构的受力和变形过程大致如下(见图1).     

南宁地铁2号线车站深基坑开挖变形规律研究

以南宁地铁2号线车站某深基坑工程为背景,对基坑开挖过程中既有建筑物沉降、基坑周边土体沉降及桩身水平位移等监测数据进行分析,总结了深基坑开挖对围护结构及周边环境的影响;利用FLAC~(3D)对深基坑开挖过程进行了模拟,将结果与实测数据进行了对比分析。研究结果表明:基坑开挖对周围土体最大影响点距基坑边缘约为0.7H(H为基坑最大开挖深度);灌注桩的变形规律呈"弓"字形,顶部位移较小,最大位移出现在底板与第3道钢支撑之间。     

异形深基坑内支撑支护体系变形研究

深基坑工程是一个复杂的三维空间问题,基坑开挖过程中地表沉降、围护结构侧移、支撑轴力等往往表现出明显的空间效应。根据基坑支护结构与土体相互作用的基本原理及支护结构的杆系特征,建立支护桩–支撑–土体的三维空间杆系有限元分析模型,研究存在阳角的异形深基坑支护结构体系开挖过程中的受力及变形,得出了阳角处基坑变形的空间分布规律。