深基坑工程动态施工反演分析与变形预报

提出了动态施工反演分析的思想，即在常规的反分析过程中引入逐步开挖和逐道支撑的动态施工因素，以求仿真模拟工程实际情况，进而为相继施工阶段的变形预报提供可靠保证。文中基于任意施工阶段间围护墙体变形与内支撑梁轴力的增量测值和施工ＦＥＭ优化反演分析法，反推了各土层的弹性模量系数，给出了作用在墙体两侧的土压力分布，并预报各相继施工阶段的墙体和土体变形、内力及内支撑梁轴力。     

深基坑支护墙体受力变形分析的粘弹性地基厚板理论

 博士学位论文摘要　在软土地区进行深基坑开挖, 由于深基坑的三维结构性和地基的流变性, 使得围护结构的受力变形具有明显的时空效应。但在以往的设计和研究中, 人们常常将其简化为弹性地基梁或二维平面应变问题进行分析计算, 从而使得计算结果与实际情况有较大的差异。随着人们对基坑工程的空间效应和时间效应认识的不断深入, 基坑工程的时空效应日益受到人们的关注。为此, 本文拟从M indlin 厚板理论出发, 建立可用于软土深基坑围护结构变形的三维有限元分析模型, 完成的主要工作有:(1) 建立了深基坑支护墙体受力变形计算的三维有限元分析模型。文中将围护墙体简化为设有横向支撑的软土地基上的竖向板; 非开挖侧作用有水土压力和由地面超载产生的侧压力; 两侧挡土墙对墙体的约束简化为固定边界; 顶部边界为自由边界; 底部边界简化为弹性支承边界, 插入持力层后处理为固定边界; 在开挖侧设置的横撑对墙体的支承作用简化为弹簧; 坑底以下被动抗力区的土体以提供地基刚度的形式与板共同作用。该模型可模拟基坑分步开挖过程和地基的流变性态, 可考虑支护墙体位移和内力的空间效应以及由地基流变引起的时间效应。(2) 将支护墙体视为厚板, 借助M indlin 厚板理论, 采用可考虑横向剪切变形的8 节点平板等参元, 建立了墙体的单元刚度矩阵。(3) 对非开挖侧水土压力的确定, 本文采用了土压力与位移相关联的计算方法, 并通过改变基床系数K h 值和应力转移对土压力的修正建立了计算过程。(4) 依据对现场监测资料的分析建立了可考虑土体间相互作用和流变性能的线性粘弹性地基模型, 并推导了相应的地基刚度矩阵。(5) 根据计算模型建立了基本方程, 对求解方法进行了讨论。根据高斯点应力为超收敛点、具有高精度的特点, 对应力的计算结果进行了局部应力光滑处理, 获得了较高精度的节点应力值。(6) 在建立三维有限元计算模型的基础上, 编制了相应的计算程序TSEF。并对计算程序和计算模型进行了验证。结果表明: 本程序解题的收敛性较好, 计算结果具有较高的精度。(7) 利用该程序, 对影响深基坑支护墙体受力变形的因素如支撑刚度、墙体刚度、支撑预加轴力、墙体入土深度及被动区土体加固作用等逐一进行了分析。此外, 本文还详细地探讨了基坑开挖过程中由边界约束、开挖深度和开挖宽度不同引起的支护墙体受力变形的空间效应, 以及由地基流变引起的时间效应, 并由此得出了许多有益的结论, 为深基坑支护的设计、施工及周围环境的保护提出了若干有实用价值的建议。(8) 用本文研制的计算程序对上海香港广场地下连续墙和珠江玫瑰花园深层搅拌桩墙体的位移和内力进行了分析, 并对珠江玫瑰花园深层搅拌桩东侧墙体裂缝的成因进行了探讨。通过上述研究, 获得了如下成果:1) 支撑刚度增大时, 墙体最大水平位称将减小, 而墙体的最大纵向弯矩M x、横向弯矩M y 和扭矩M x y 则增加。可见为使有效地控制墙体的水平位移, 又不致使墙体的内力明显增大, 增加支撑刚度的幅度应予控制。2) 在一定的范围内适当增加挡墙厚度, 可有效减小墙体水平位移, 但当达到某一值时, 通过增加墙体厚度减少位移作用不大。与此同时, 增加墙体厚度将会增加工程造价, 故在墙体强度符合要求的情况下, 试图借助增加厚度来减小位移的做法并不合理。3) 增加支撑的预加轴力, 可以有效地减小墙体的水平位移, 而墙体的内力增加很少, 但第一道支撑的预加轴力要适当, 否则会引起墙体外倾。4) 坑内土体的弹性模量提高到原来的20 倍时, 墙体的水平位移与原来相比, 减少了36% , 说明被动区土体加固对减少墙体水平位移的作用非常显著。另一方面, 随着土体弹性模量的提高, 墙体的内力均减小, 可见这类措施对提高支护墙体的稳定性十分有利。5) 增加墙体的入土深度可有效地减少墙体的水平位移, 同时墙体的正向弯矩M x、M y 和正向扭矩M x y 将减小, 反向弯矩和扭矩则略有增加, 有利于墙体保持稳定。6) 沿墙体水平方向的横向弯矩M y 很小, 而沿墙体深度方向的竖向弯矩M x 很大, 且都是正弯矩的绝对值要> > 负弯矩的绝对值。因此, 设计中主要应考虑竖向钢筋布置。7) 由于挡墙两端受到相邻墙体的约束, 使墙体的水平位移沿走向上有中部的变形大, 两端变形小; 在深度方向上, 墙体的水平位移在中部大、上、下端部小。墙体水平位移等值线图近似为“船形”, 最大位移值出现在基坑开挖面附近。8) 随着基坑开挖宽度的增加, 墙体的位移值增大, 当基坑的开挖宽度增加一倍时, 最大纵向弯矩M x 显著增加。可见在实际工程中, 为保持墙体的稳定性, 应注意不使基坑开挖宽度过大。9) 考虑时空效应综合影响的墙体水平位移的分布规律:① 在各开挖步内, 墙体的水平位移随着时间的延长而增大, 故有必要尽量缩短各分步开挖占用的时间。② 下一工况开始时的位移曲线均在上一工况结束时的位移曲线的左侧, 两者互相紧靠, 表明下一工况新增加的支撑和预加轴力对位移的发展有限制作用, 使位移值略有减小。但随着时间的延长, 位移均逐渐增大, 并随即超过上一工况结束时的位移值。③ 随着开挖的进行, 位移最大值的位置逐渐下移, 但始终位于基坑开挖底面附近。10) 考虑时空效应综合影响的墙体内力分布规律:① 墙体的内力随着开挖的加深和时间的延长而增大。② 正向弯矩和扭矩的最大值均出现在基坑开挖底面附近, 而负值最大值出现在基坑非开挖侧开挖面以下约5m 处的位置。11) 珠江玫瑰花园地下车库基坑东侧深层搅拌桩墙体裂缝的成因: 基坑开始开挖和开挖结束后墙体的等效弯矩等值线图均形成一个弧顶朝上的弧形高等效弯矩集中带, 与墙体破裂面展布形状相似, 位置也基本相同。由此可以推断, 墙体东侧环球广场横向支撑附加力的作用是使墙体形成破裂面的主要原因, 由于土体开挖后墙体内存在等效弯矩集中带, 易于超过墙体的抗弯强度, 导致墙体出现弧形破裂。12) 本文建立计算模型和编制的程序适用于两类典型板状墙体的位移和内力分析。上述研究成果表明, 将M indlin 厚板理论和线性粘弹性地基模型应用于深基坑工程, 有助于深入认识和理解深基坑支护受力变形的时空效应, 同时也为软土深基坑支护受力变形时空效应的三维分析提供了一种有效的简便方法, 其结论对深基坑工程的设计与施工具有较为重要的参考价值。     

深基坑工程施工过程动态反演与变形预测的半解析分析

基于深基坑施工的特点，由半解析层单元建立了施工过程的动态反演和变形动态数值模拟分析方法，据此给出了各土层动态弹性模量的反演值，利用这些参数的反演值预测了各施工阶段的土层和支护结构的变形，预测值与实测结果具有良好的一致性。     

深基坑设计参数反演分析与变形预测系统应用

在深基坑开挖模拟过程中有限元数值解法比传统计算方法有较大的优势。有限元计算前要解决本构模型的选择及土层参数的取值问题,采用比较适合工程实际的Mohr-Coulomb模型。为了准确测定淤泥土层相关参数数值,采用BP神经网络进行反演分析,使神经网络的非线性映射功能得到充分体现。采用分模块处理方法作为神经网络结构,使网络能够顺利收敛。通过某工程深基坑设计参数的反演分析计算,再利用反算参数正算来预测工程实际情况的支护结构变形值。证明了该系统进行土层参数分析的合理性。     

某软土地区深基坑支护变形分析

通过对绍兴轻纺城联合市场深基坑支护变形实例分析,揭示了在软土地区进行深基坑支护造成了周边土体的变形原因,为软土地区深基坑工程围护控制其变形提供借鉴也积累了经验。     

软土地区深基坑设计与变形分析技术

结合具体工程实例,介绍了软土地区深基坑施工方案设计,针对土方开挖及支撑过程中深基坑的变形特点进行了分析,并得出了一些有益的结论,对今后类似工程施工具有一定指导意义。     

大型深基坑动态施工反演及稳定性分析

本文结合上海外滩金融中心大型深基坑工程,采用动态施工反演分析法,分析了中隔墙和支撑体系在施工过程中的受力状况及墙体的稳定性,并且对墙体位移和内力进行及时预报,为基坑工程信息化施工反馈提供依据,从而保证了支撑及整个基坑工程安全。     

深基坑支护结构的反演分析与实测研究

结合桩列式钻孔灌注桩加角撑的典型支护结构工程实例,进行了桩身应力和变形的现场实测,采用考虑空间效应和反演方法的整体式支护结构体系的有限元分析理论,提出一整套动态施工模拟方法。通过理论研究与实测结果分析,指出了支护结构设计中的问题     

软土地区深基坑变形控制设计实践与分析

以上海市瑞金医院普通病房综合楼基坑工程为案例,介绍了在环境保护要求较高的条件下采用地下连续墙加多道内支撑等设计、施工措施来控制基坑变形,通过对施工过程中周边管线及建筑、墙体变形等监测数据的分析显示,这些变形控制措施达到了预期的效果,可为类似的深基坑围护设计和信息化施工提供参考。     

软土地基超深基坑变形特点分析

为了归纳对比超深基坑变形特点,以上海某项目一、四号工作井工程为例,通过对围护结构及周边地表变形情况监测,分析探讨了软土地基超深基坑开挖施工过程中围护结构及周边地表变形特点,根据分析得出：对于超深基坑,围护结构变形尺寸效应明显,三轴搅拌桩及旋喷桩加固手段对于控制超深基坑变形效果极为明显;地表最大沉降量位于墙后0.5H～0.65H处(H为基坑开挖深度),地表沉降主要在基坑周边2H范围内;地表最大沉降量约为围护结构深层最大水平位移的0.83倍;与相关规范给定结论基本吻合,结果符合预期,具有合理性。     

逆筑法在软土质地区进行深基坑开挖的应用

扬州六圩污水处理厂二期工程建设于地势平坦的河漫滩地,土层分布复杂,因污水处理工艺需要,需建设深度达9.05 m的粗格栅间和进水泵房。经方案比选,最终确定采用逆筑法进行泵房深基坑的开挖。详细介绍了逆筑法在这一特定土质条件及较小平面范围内实施较深基坑开挖的成功案例,并通过比较排桩及逆筑拱墙两种不同的支护形式,分析了逆筑法在支护工程中独特的优势。     

软土地基深基坑支护中的土压力

本文通过在软土地基深基坑支护中土压力、孔隙水压力的大量测试,经统计分析、反分析及对比分析,提出了主动土与被动土不同的受力机理,利用朗肯公式计算时,应取土的不同强度指标,即主动土压力计算取固结快剪指标,被动土压力计算取快剪指标。     

软土地区深基坑开挖变形监测

基坑开挖将不可避免的改变原有土层的力学性质。结合温州东海广场深基坑开挖工程,介绍了该工程的场地地质条件及支护方式。在此基础上,分析了基坑开挖对周边建筑物沉降、道路裂缝、土体深层水平位移、内支撑轴力及地下水位的影响,得出以下规律:基坑开挖将引起周边建筑物的沉降,该沉降值与周边建筑物的基础形式有关;开挖对桩基础影响不大,对条形基础则产生较大影响;随着开挖的进行,道路裂缝宽度缓慢增大,并趋于稳定;基坑开挖完毕时,坑外土体深层水平位移呈现两边小,中间大的趋势,但内支撑轴力变化不大;在整个基坑开挖过程中,地表水位变化不太明显;测斜管应紧贴基坑维护结构。可以为类似工程提供参考。     

滨海软土区深基坑支护结构设计及变形分析

基于三门核电站一期泵房深基坑工程的成功实践,对滨海软土区的基坑工程特点、支护结构设计和变形特点进行了详细分析。本工程依据地层条件,将基坑边坡划分为完全基岩边坡,基岩埋深小、无淤泥地层的边坡,基岩埋深较大、有较厚淤泥层的边坡三种类型,并分别采用了三种支护型式:放坡、排桩+岩锚、排桩+深搅重力墙+岩锚,有效解决了滨海软土区的地下水位高,淤泥粘聚力及内摩擦角小,基坑侧壁受水平荷载大、易失稳等难题。现场监测结果表明锚索应力及基坑的水平位移和沉降均满足规范及设计要求。三门核电站泵房深基坑支护所面临的岩土工程问题对于沿海工程具有一定的普遍性,该方案的成功应用可为沿海地区类似工程的设计提供参考。     

软土深基坑的动态设计与过程控制

结合上海兴力达国际广场基坑工程,介绍了在软土地基中进行深基坑开挖的施工方案选择和过程控制,并介绍了对施工过程的监测方案和监测结果。     

某基坑工程事故案例分析

介绍某工程事故案例,分析了施工中产生支护结构变形过大,引起地下连续墙拼缝水土流失,周边地面下沉,房屋倾斜甚至坍塌的原因。     

某软土地层深基坑施工对邻近建筑物的影响

结合某深基坑施工工程实例,通过对不同地基基础和结构形式的建筑物变形规律分析,找出了引起建筑物变形的主要影响因素,并讨论了高压旋喷桩加固地基对不同建筑物的适用性.实践证明,深基坑开挖过程中对邻近建筑物保护的关键是保证基坑支护结构不发生超过预警值的水平位移,并通过监测反馈信息,及时调整支护参数,保证邻近建筑物安全.     

深基坑支护工程事故原因分析与处理加固实例

由于对基坑支护工程动态变化的认识不足,且对基坑变形的监测工作重视不够,从而造成了某基坑工程事故。基坑工程施工中要注意其动态变化特性,并重视基坑变形的监测工作,以便将问题处理在发生事故之前。在事故处理时必须分析清楚事故原因,并采取相应的处理措施。     

软弱地层半逆作深基坑支撑轴力变化规律

结合软土地区某地铁深基坑工程,通过对半逆作深基坑的横纵剖面支撑轴力值随土体开挖变化数据规律的分析,阐明了在软弱地层条件下,半逆作法深基坑支撑轴力的变化特征。结果表明:支撑轴力大小及其变化形式与支撑空间位置、施工工况、支撑形式、挖土时机及开挖速度等因素密切相关;缩短第二道钢支撑及基坑垫层浇筑时的无支撑暴露时间可有效减小最大支撑轴力值;逆作下二层板框架下土体开挖引起基坑某一剖面整体支撑轴力重分布;因第一道钢筋混凝土支撑刚度较大,其对深基坑稳定具有重要作用。     

温州某深基坑变形监测与成果分析

基坑开挖会引起基坑周围土体应力释放,可能引发周围建筑物基础或管线等的变形,严重的可能引发重大事故。基坑围护结构设计的安全程度与施工过程密切相关,必须系统地对基坑进行监控,及时获取基坑开挖过程中支护结构受力与变形信息,及时发现事故预兆。通过合理、有效地开展基坑边坡及其邻近建筑物变形监测,以满足信息化施工要求,从而达到安全预报、反馈设计、指导施工的目的。为此,结合某深基坑工程的变形监测简要介绍了基坑工程变形监测的项目、布置与观测方法,随后对变形监测结果进行了初步分析。