考虑邻近结构阻隔影响的基坑开挖前降水引发地层变形的特性

依托天津某地铁车站基坑实测资料开展一系列数值模拟研究,考虑邻近结构阻隔影响,探讨在坑外有/无地下结构及既有地下结构与基坑不同间距条件下开挖前降水引发的围护结构及坑外土体变形特性,通过对比各工况下基坑围挡与坑外土体变形模式、最大围挡侧移与最大地面沉降发展规律、墙后地表沉陷与基坑围挡侧移的面积关系等,揭示邻近结构对开挖前抽水引发基坑变形的影响机理. 研究表明,坑外地下结构的存在对地层运动发展有一定阻隔作用,且地下结构与基坑间间距越小,这种阻隔效应越明显;地下结构对其后方地层变形具有牵引效应,导致地下结构后方出现明显沉降槽,但随着地下结构与基坑间间距的增大,牵引效应不断减弱. 阻隔、牵引效应发挥的临界值分别为1倍、2倍的目标降水深度;当地下结构与基坑间间距处于相应临界值以内时,在基坑设计中应考虑阻隔与牵引效应的影响以得到更合理的支护与施工监测方案.     

内隔墙长度对抽水引发基坑围挡侧移的影响

结合实际工程地质条件,开展三维数值分析,研究内隔墙对限制开挖前抽水引发基坑围挡变形的有效性,探究在不同抽水深度与不同围挡嵌固比条件下,内隔墙长度对基坑围挡变形控制效果的影响. 结果表明：随内隔墙长度增大,内隔墙对基坑围挡变形的控制效果增强. 在不同抽水深度条件下,内隔墙对基坑围挡变形的控制效率不同,当抽水深度大于20 m时,内隔墙长度须大于基坑宽度的0.75倍或者采用全贯通式内隔墙,以取得较好的变形控制效果;当抽水深度小于10 m时,可将内隔墙长度设置为基坑宽度的0.25~0.50倍,预期也可取得较可观的变形控制效果. 在不同围挡嵌固深度条件下,内隔墙对变形的控制效率不同,延长基坑围挡嵌固深度能增强内隔墙在抽水深度范围内的变形控制效果.     

地下水渗流对悬挂式止水帷幕基坑变形影响

以某透水性土层较深的悬挂式止水帷幕基坑为背景,采用ABAQUS建立考虑分级降水开挖全过程的三维流固耦合模型,研究降水对于基坑变形发展的影响规律和不利因素,分析开挖前预降水深度、止水帷幕深度对基坑变形性状的影响. 研究表明：渗流与开挖支护具有明显的耦合效应,降水引起的围护结构侧移增量模式随开挖和支撑施作情况不同而差异较大,降水引起的地表沉降是由土体固结和渗流引起的围护结构侧移引发的地表沉降组成;地表沉降影响范围较经验预测值明显偏大,在基坑西侧地表沉降最大点,降水施工期累积产生的沉降约占48%;各级降水中第1级降水对基坑变形最不利,围护结构初始侧移随第1级降水深度的增加而快速增长,使得竣工后的最大围护结构侧移和坑外地表沉降呈指数增长;止水帷幕对于减少坑外水位下降和控制地表沉降有显著作用,随着帷幕深度的增加,地表最大沉降和沉降影响范围降低,存在最优止水帷幕深度使得帷幕超过最优深度后地表沉降趋于稳定.     

基坑开挖及降水对坑外地表沉降的影响

考虑降水、支护结构变形以及基坑隆起3个因素引起的基坑周围土体的沉降,根据降水引起土体沉降的机理,运用修正的分层总和法单独计算出由降水引起的周围土体沉降。通过研究基坑开挖引起坑外土体沉降的规律,推导出由基坑开挖引起的坑外土体沉降理论公式。把降水引起的沉降及基坑开挖引起的沉降进行叠加,加入修正系数,最终以简化的理论公式合理地计算出基坑周围土体沉降。具体工程验证表明,推导的理论解析解与实测数据十分接近,能有效预估基坑周围土体沉降,为施工方案编制提供可靠的理论依据,最大限度减少基坑施工对周围环境的影响。     

坑中坑基坑围护结构变形特性分析

以上海自然博物馆与地铁13号线共建深大异形坑中坑基坑为背景,分析了内、外坑开挖的相互影响;通过离心模型试验对比研究了三种不同内、外坑间距下内、外坑地下连续墙的变形规律;在此基础上,结合基坑平面尺度效应进行了数值计算分析,研究了不同外坑开挖宽度对内、外坑地下连续墙变形的影响,得出了内、外坑开挖相互影响的临界间距介于22m与24m之间,并据此确定了上海自然博物馆坑中坑基坑开挖过程中不利于基坑稳定的影响范围。     

隔水帷幕对深基坑降水开挖变形控制的影响

依托杭州沿江大道地下综合管廊深基坑工程,土体采用HSS模型进行有限元数值模拟,分析基坑降水开挖下基坑及邻近管线的变形,模拟结果与监测结果吻合较好,验证了有限元计算模型和参数选取的合理性。基于模拟提出隔断式基坑降水优化方案,并研究稳态渗流下隔水帷幕插入深度不同时基坑及邻近管线的变形响应。结果表明：随着悬挂式隔水帷幕深度加深,坑内外水头差线性增大,围护结构侧移峰值线性增大,管线竖向位移、坑外地表沉降线性减小;相较于悬挂式隔水帷幕,隔断式隔水帷幕对控制基坑降水引起的坑外地表沉降及邻近管线变形均有着显著优势,但对于围护结构变形控制则不利。     

考虑基坑降水开挖影响的运营隧道变形分析

以上海大型深基坑在建工程为依托,采用有限元数值模拟方法,研究了基坑降水及加固等施工措施对基坑开挖过程中地下连续墙水平侧移、坑外地层以及隧道变形的影响规律,计算结果与现场实测数据有较好的一致性.研究表明:地下连续墙两侧SMW工法加固以及坑内土体加固可有效控制周边地层以及临近隧道的扰动变形,在采取加固措施后上行线仰拱测点的沉降量降低43.2%;相对于跨层降水,采取逐层降水方案时,坑外地表沉降、地下墙水平侧移以及运营隧道水平和竖向变形的最大值分别减小4.8%,4.2%,12.3%和12.7%,通过优化降水方案控制临近隧道变形的效果较为明显.     

地下水对基坑工程影响的数值分析研究

研究了均质土中不同地下水条件对基坑工程性状的影响,得出了一些对工程实践具有指导意义的结论:地下水渗流扩大了基坑周围土体水平位移和竖向位移的影响范围;地下水渗流使得坑外主动区有效应力增大,坑底被动区有效应力减小,导致坑外地表沉降和坑底隆起变形量增大。研究表明,渗流作用引起的地表沉降最大值发生在坑外约3倍基坑开挖深度处。     

考虑渗流-应力耦合基坑开挖降水数值分析

运用GTS（Geotechnical and Tunnel analysis System）软件对基坑开挖降水过程进行了详细数值模拟,对比分析了基坑开挖时,考虑降水引起的地下水渗流作用和不考虑渗流作用下的基坑周围土体位移、支护结构位移以及内力,同时分析了止水帷幕、渗透系数及降水深度对基坑力学性能的影响.分析结果表明：渗流对基坑工程影响不容忽视,深基坑稳定性分析应当充分考虑地下水渗流的作用;设置止水帷幕可以有效地减小基坑周围土体的变形,渗透系数与降水深度的加大均会使地表沉降值增大.     

某黄土深基坑复合土钉墙变形监测分析

依托某高速铁路明挖隧道黄土深基坑工程土钉墙支护结构，对深基坑施工过程中周边地表竖向位移、基坑侧壁深层水平位移、基坑坑底隆起进行监测，根据变形监测结果分析了基坑随施工进行和时间变化产生的变形情况，总结了深基坑的变形规律。结果表明：基坑周围地面沉降随基坑开挖深度增加而增加，现场监测基坑周围地表沉降最大值为7.43 mm;随着基坑开挖施工进行，土钉墙支护对基坑整体变形约束较小，呈现整体向基坑内部的倾斜变形，最大水平位移出现在基坑顶部附近深度约0.5 m处，变形值为10.84 mm;基坑整体变形较小，安全储备大，但考虑到湿陷性黄土遇水强度会显著降低的特性，为了保证基坑安全，选取的基坑设计参数是合理的；施工中须做好坑外防渗、排水。研究结果可为同类条件的基坑设计和施工提供借鉴。     

考虑降水影响与分布开挖的基坑变形数值模拟

为了分析在降水影响下地铁车站基坑的稳定性和现场实测的精确性,建立了基坑体系二维有限元数值模拟.采用弹性模型考虑地基上的非线性性质,针对深基坑开挖过程引起的承载体系受力变形特性,分析了基坑降水和不降水两种情况引起的基坑变形,考虑了地下连续墙与周围土体的相互作用,包括地下连续墙变形、地表沉降及坑底回弹.结果表明,理论分析和实际监测结果较吻合,为工程的顺利实施提供了依据.     

高地下水位土方开挖降水施工

李河渠道倒虹吸开挖深度大,约20 m,低于地下水位17 m.倒虹吸开挖必须在相对干燥的环境中进行,故采用管井法将地下水位降至开挖面以下或截断地下水,避免施工时发生管涌或流土破坏地基.经抽水试验,应用管井法降水保证了基坑基本在干燥情况下施工,为相似地区的降水施工提供了借鉴.     

上海软土地区某深基坑施工监测分析

软土地区深基坑周边往往建筑密集、地下管线众多,环境保护要求较高,必须进行严格的工程设计和施工,最大限度减少基坑施工对周边环境的影响.介绍了上海某深基坑工程的支护设计、施工和监测方案,并对主要监测结果作了详细分析.监测结果表明,基坑开挖引起的围护结构变形及对周边环境的影响具有明显的三维空间效应;围护结构变形、地表沉降、地下管线变形及邻近高架基础沉降主要发生在深层土体开挖阶段,开挖至坑底后,变形逐步趋于稳定;坑外地下水位的变化可反映围护结构的止水效果;本工程设计方案的实施和工程施工过程中的信息化控制技术有效地保护了基坑周边的环境.     

卵砾石地层深基坑高承压水降压方案分析

针对上海地铁1号线与6号线换乘部分卵砾石地层中原承压水设计存在的问题,采用三维渗流数值模拟结合现场抽水试验,以及室内圆砾层加固渗透试验,分析了适合本工程地层特性的承压水降压方案。分析结果表明:建立的三维渗流数值模型与现场抽水试验情况吻合,能够作为本基坑工程减压降水的数值模型;将坑外3 m范围和坑内土体的渗透系数降低2个数量级或者只将坑内土体的渗透系数降低3个数量级,基坑的抗突涌稳定系数可以满足规范的要求;采用10%粘土加固,圆砾层的渗透系数下降约2个数量级;采用10%和15%的水泥加固,圆砾层的渗透系数下降3个数量级;承压水降压方案调整为减小地下连续墙深度至49 m,不隔断承压水层,基坑开挖前在整个基坑内部对圆砾层采用10%水泥加固。     

西安地铁运动公园站深基坑变形规律现场监测研究

以降低城市地铁车站深基坑开挖对周围环境影响,保障地铁工程施工安全为目的,该研究依托西安市地铁二号线运动公园车站深基坑施工,对施工过程中钢支撑轴力、桩身水平位移、基坑周围地表沉降进行了现场监测,分析了工程开挖前后一段时期内基坑变形规律.研究结果表明:围护桩变形的最大部位在距桩顶2/3的基坑开挖深度处;距基坑长边10m左右地表变形随着基坑开挖深度增加,基坑开挖初期变形速率较大,随着开挖深度的增加,速率逐渐减小;钢支撑能够有效地限制围护桩的水平位移,随着基坑开挖深度和钢支撑的增加,钢支撑的轴力随之增大,最后随时间内力趋于稳定.     

某软土深基坑降水开挖地表沉降及影响因素分析

基于某软土地铁站深基坑工程项目,依据勘察与抽水试验数据采用有限元软件Midas GTS建立三维模型,研究渗流-应力耦合作用下基坑降水开挖过程中孔隙水压力及地表沉降变化规律,分析土体渗透系数及降水深度、降水速率等设计参数对地表沉降的影响。研究表明:基坑降水开挖使得地下水渗流路径呈降落漏斗形,基坑底部出现凹弧形等孔压线;地表最大沉降点与基坑的距离约为降水深度的1.0~0.75倍,孔压消散是地表沉降的主要因素;最终降水深度每增加1 m相应地表最大沉降量增加约2 mm,采取回灌措施比未采取引起的基坑周边地表最大沉降小26.2%。     

深基坑监测数据异常现象分析研究

根据苏州市地铁四号线文溪路站的监测数据,分析基坑在开挖过程中的变形规律。发现围护结构呈类抛物线,并有明显"时空效应";当基础底板与结构梁板的刚度形成后对围护结构产生有效的约束作用;随着基坑开挖深度增加,地表沉降增加,坑外地表沉降形态呈"沉降槽";随着结构自重的不断增加,基础底板以下被动区的土体回弹受到限制,并且产生少量压缩变形,地连墙整体发生下沉,终趋稳定;围护结构暴露的时间越长,坑外地表沉降变化越大,发现钢支撑轴力不是单调递增或者单调递减,而呈跳跃反复式的状态,这与施工过程有关。     

基坑底部土体裙边加固模型试验与数值模拟研究

为研究基坑底部土体裙边加固对基坑变形和内力的影响,分别对未进行坑底加固和采用坑底裙边加固2种工况进行模型试验。在填土过程中预先浇筑加固土体,实现坑底土体加固。在基坑开挖过程中对地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力进行监测。用有限元软件Abaqus对模型试验进行拓展,将基坑变形的计算结果进行极差分析。研究表明,对坑底土体采用裙边加固,可以有效地减小支护结构的侧向位移;坑顶地表沉降虽有减小,但效果不明显;桩身弯矩略小于未进行坑底加固的工况;土体开挖,桩随着坑底下某一点发生转动,造成桩上半部分土压力减小,桩底处土压力增大;裙边加固尺寸中深度相较于宽度对基坑的变形影响更大;土体加固深度与宽度超过一定范围,控制基坑变形的效果有所提高但不明显,加固深度宜取0.3~0.4倍的开挖深度,宽度宜取0.35~0.45倍的开挖深度。     

渗流作用对卵石地层隧道基坑及邻近管线影响

依托洛阳市周山大道下穿隧道深基坑工程，结合周边复杂环境及水文地质条件，研究渗流作用对卵石地层隧道基坑及邻近管线的影响规律。采用MIDAS GTS NX软件建立模型，结合现场监测分析了开挖过程中基坑周边土体位移、地表沉降值、支护变形规律，以及基坑开挖和降水对邻近管线变形的影响，并将数值计算结果与现场监测数据进行对比分析。结果表明：围护结构水平位移整体为前倾曲线，随嵌入深度先增大后减小，最大位移为13.94 mm,位于桩身中部，并在规范允许范围内；降水期间地表沉降程度加剧，与基坑距离1.5倍设计开挖深度以上时沉降几乎占据总位移60%以上；开挖深度超过6 m时邻近管线较上一工况最大沉降差为3.35 mm,竖向变形整体为下沉形态，位移最终呈现两端小、中间大的结果，具有明显空间效应。     

某地铁站非对称坑中坑开挖数值模拟研究

以兰州地铁1号线盘旋路站基坑工程为背景,通过PLAXIS 2D对基坑整体建模,分析了非对称坑中坑开挖过程中支护结构的变形特性;对比了不同工况下两侧支护桩的位移变化规律;研究了内坑开挖对外侧支护结构的影响。结果表明：非对称坑中坑的开挖不同于对称坑中坑的开挖,左右两侧支护结构的水平位移明显不对称,且由于左侧被动土体开挖过深导致基坑上部整体向右侧发生偏移;内坑开挖对外坑两侧支护桩水平位移的影响系数随着挖深基本呈正态分布;在工程施工时宜对左侧支护桩中部、内坑底左侧等区域进行重点监测和防护。