淤泥层不同围护桩插入比条件下基坑变形特性研究.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:中国铁建大桥工程局集团有限公司科技开发项目()作者简介:董海君()男黑龙江肇东人高级工程师主要从事建筑工程方面的工作:.引文格式:董海君.淤泥层不同围护桩插入比条件下基坑变形特性研究.铁道建筑技术():.淤泥层不同围护桩插入比条件下基坑变形特性研究董海君(中国铁建大桥工程局集团有限公司 天津)摘 要:为探讨淤泥质土层厚度和围护桩插入比对深基坑变形的影响依托某超高层建筑深基坑工程对基坑变形监测数据展开研究基于 /构建深基坑有限元模型进行数值分析并运用现场监测数据验证数值模型计算的准确性研究淤泥层厚度()、围护桩插入比(.)对围护结构水平变形及地表沉降影响 结果表明:基坑各位置淤泥层厚度、支撑刚度对围护结构最大水平变形量产生影响但不会对水平变形模式造成影响 淤泥层的存在使基坑围护结构变形显著增大对于桩撑支护形式可通过增加内支撑刚度减小这一影响由于淤泥层厚度增加围护结构最大水平变形量与地表最大沉降量分别增加.、.围护桩插入比与基坑最大水平变形量相关插入比大于.随插入比下降其最大水平变形量缓慢增大变化幅度在.之间插入比小于 最大水平变形量迅速增大工程安全将会遭受一定风险随围护桩插入比减小最大水平变形点所在深度、地表最大沉降量逐渐增大但地表最大沉降点与围护桩之间距离始终保持在.范围小幅波动关键词:深基坑 淤泥质土层厚度 围护桩 插入比 数值模拟中图分类号:文献标识码:./.(.):/.:.:引言随着城市建设规模扩大与工程地质条件越来越复杂高层建筑和地下交通工程也面临越来越多的深基坑开挖支护问题 尤其是在淤泥质粘土层存在的场地条件下施工引起的土体水平位移可达正常挖深的铁道建筑技术 ()董海君.淤泥层不同围护桩插入比条件下基坑变形特性研究以上使围护桩承受很大的横向荷载出现巨大扭曲或损坏 因此有必要对淤泥质场地下深基坑的变形特性开展研究目前通过现场监测与有限元三维模拟对复杂地质条件下深基坑的变形特征研究成果较多 等、等、刘志波等、王国辉等和万星等根据监测数据、离心机模型试验对软土地区基坑性质进行研究得出基坑大小、开挖深度等因素对围护结构及周边环境的影响规律 李淑等和陈晓庆等分别针对北京地区、珠海地区深基坑通过现场监测数据对围护结构侧移模式进行分析得出围护桩侧移、地表沉降随插入比增大而减小的变化规律 叶帅华等、尹利洁等和柴海博等针对淤泥质地层深基坑工程结合监测数据并采用数值模拟分析了不同工况和影响因素下基坑开挖及各项控制措施对基坑变形的影响目前针对淤泥质土层厚度、围护桩插入比对基坑变形的影响鲜有报道本文以某超高层建筑为依托根据施工监测数据研究淤泥质土层环境下施工对基坑变形特性的影响并探讨围护桩插入比与淤泥层厚度对基坑变形相关指标的作用研究成果可为软土地区深基坑支护施工与设计提供参考 现场试验及数据分析.工程概况该超高层建筑基坑面积约 开挖深度.根据地勘报告基坑工程区域内土壤类型有杂填土、淤泥质粘土、粉质粘土等 基坑按淤泥层厚度分为 个区域图 为淤泥层最厚区域的土层其中淤泥质粘土层厚度达 基坑采用桩撑支护形式立柱桩直径为 钻孔灌注桩根据基坑位置采用不同直径()两道内支撑材料选用 混凝土图 区域土层(单位:).现场数据分析为研究深厚淤泥质土层对深基坑围护结构变形的影响对基坑各位置测斜管数据分别进行统计分析 基于测点布设情况和监测数据信息的准确性选取 个典型断面开展围护结构水平变形研究位置如图 所示围护结构最大水平变形量如表 所示 测斜管、位置淤泥层厚度最深均为.测斜管 与 呈对称分布支撑刚度相同可以达到控制变量的目的因此选取三处代表性截面进行分析图 基坑测斜管布置图、图、图 分别为、测斜管监测数据 第二次土方开挖后、处围护结构最大水平变形量分别为.、.、第三次土方开挖后、处基坑围护结构的最大水平变形量分别为.、.、.通过对比测斜管、可以看出当淤泥层厚度由.增加至 时围护结构的最大水平变形量增大.说明淤泥层厚度增大将造成围护结构最大水平变形量增大通过分析测斜管、可以发现由于支撑刚度的提高基坑围护结构的最大水平变形幅度相应降低 施工过程中可通过增加支撑刚度来弥补淤泥层对围护结构变形造成的影响虽然土方开挖过程三处测斜管围护结构的最大水平变形量有所不同但在变形模式方面无明显差别 第一次土方开挖全部为非淤泥层开挖深度.最大水平变形发生在桩顶附近围护结构水平变形量均较小水平变形曲线近似呈一条直线第二次土方开挖位置处于半淤泥层累计开挖深度.三处围护结构最大水平变形量开始出现差别但最大值均集中于第二道支撑处围护结构变形模式开始呈现“鼓肚式”形态最后一次土方开挖全部处于淤泥层累计开挖深度为.虽然开挖深度仅占总开挖深度的.但围护桩侧向位移出现较大增幅其数值达到最终水平变形的.铁道建筑技术 ()董海君.淤泥层不同围护桩插入比条件下基坑变形特性研究图 不同区域围护桩变形规律表 围护桩变形特征所处位置特征特征截面代表性截面围护结构最大水平变形量/淤泥层较薄、淤泥层较厚、支撑刚度较大、淤泥层较厚、支撑刚度较小、有限元模型建立与验证.模型建立本文通过有限元建模选取淤泥层厚度和围护结构插入比为参数分析其对基坑变形的影响 选取区域所含淤泥层厚度最大的 测斜管作为最危险剖面地层参数如表 所示 对应剖面基坑开挖深度为.设置两道内支撑围护桩采用 灌注桩长度为.插入比为.表 土层物理力学参数编号名称容重/(/)割线模量/()杂填土.粘土.淤泥质粘土.粘土.粘性土.粉质粘土.强风化泥质粉砂岩.实测数据与有限元计算结果分析对比图 为测斜管 处基坑开挖至坑底时围护桩水平变形监测数据与有限元计算结果对比曲线 可以看出:实测值与计算结果最大水平变形量几乎相同分别为.、.在最大变形发生位置以上实测值略小于有限元值但整体变化趋势相同在最大变形位置以下实测值较有限元值下降速率更快在.深度水平变形量减小到.并趋于稳定 这可能是由于地层存在突变情况土质更好的地层导致较为明显的曲率变化实际情况会比有限元分析结果更小 综上在基坑开挖过中二者在侧向变化形态特征和水平变形最大值上均有很高的重合率表明二维有限元模拟技术可以很好地预测淤泥质粘土层中深基坑的变化特征图 围护结构水平变形实测值与有限元结果对比铁道建筑技术 ()董海君.淤泥层不同围护桩插入比条件下基坑变形特性研究 基坑变形影响因素分析基坑各部位淤泥层厚度存在很大差异导致对围护结构变形和地表下沉的影响作用也极为不同 另外围护桩插入比的设定对提高地基安全性和稳定性都有重要意义 因此本文以淤泥层厚度 与围护桩插入比()/作为变量(为围护桩桩长为基坑开挖深度)研究其对于围护结构水平变形量、地表沉降量 等参数的影响.淤泥层厚度.淤泥层厚度对围护结构水平变形的影响通过确定淤泥层顶面高度调整底面高度作为改变影响因子数值的方式 根据钻孔数据信息淤泥层厚度变化范围为.故工况分析时以淤泥厚度 为间隔建立、及 的淤泥层厚度分析工况 以 截面为例通过构建数值模型可计算出淤泥层厚度改变对于围护结构水平变形的影响如图 所示 可以发现:由于淤泥层厚度提高围护结构最大水平变形量随之提高当淤泥层厚度达到 时围护结构最大水平变形量为.围护结构最大水平变形数值增幅出现先上升后下降趋势当淤泥层厚度增加至 时最大水平变形增幅达到峰值.增长.最大水平变形出现位置逐渐下移当淤泥层厚度大于 后最大水平变形位置出现在坑底下方图 围护结构水平变形与淤泥层厚度关系.淤泥层厚度对地表沉降的影响与淤泥层厚度对围护结构变形影响分析相同以淤泥层厚度 为间隔建立 个工况如图 所示 以 为例随淤泥层厚度增大地表沉降量也逐步增大当淤泥层厚度达到 地表最大沉降量达.地表最大沉降值增幅呈现先上升后下降的趋势当淤泥层厚度从 增至 时增幅达到最大.地表最大沉降量增长.最大沉降点发生部位和围护桩之间的距离 从.增加至.图 地表沉降与淤泥层厚度关系.围护桩插入比.插入比对围护结构水平变形的影响图 为 剖面在不同插入比条件下围护结构的变形特征 可以看出随插入比不断提高围护结构水平变形量逐渐减小发生部位也逐步向上迁移当插入比增大至一定数值后变形曲线趋于稳定且几乎不再变化当插入比增至.时围护结构最大水平变形量为 大约减少.当插入比小于 时(此时桩长为.为淤泥层与粘土层分界面)降低插入比将导致围护结构最大水平变形量大幅上升如插入比由.变化至.时最大水平变形量增长.说明此时若减小桩长极有可能造成“踢脚”破坏图 围护结构变形与插入比关系(下转第 页)铁道建筑技术 ()赵金虎:纵向力对盾构隧道管片结构力学性能的影响分析 李冬梅陈正杰杨志豪.上海长江隧道管片环缝抗剪性能的试验与分析.地下工程与隧道():.张稳军高文元李宏亮.盾构隧道结构御灾性能评价弯矩传递系数的研究.施工技术():.李晓军黄伯麒朱合华等.基于柔度法梁模型的盾构隧道衬砌结构纵向变形计算方法.工程力学():.张子新朱叶艇朱雁飞等.大断面异形盾构衬砌结构纵向力学性能.同济大学学报(自然科学版)():.门燕青李虎周建国等.考虑盾构隧道纵向应力松弛的环缝渗漏水计算分析.土木工程学报():.(上接第 页).插入比对地表沉降的影响插入比的变化也可能对基坑施工地表下沉产生影响图 为插入比和桩后地表沉降关系曲线 可见由于插入比降低地表沉降量呈上升态势在插入比大于 时最大沉降值增幅较为缓慢相邻插入比的地表最大沉降量仅相差 在插入比小于.时最大沉降量数值增幅逐渐扩大当插入比从.降至 时地表最大沉降量增大.达到.插入比对地表最大沉降发生位置的影响不大与围护桩距离始终保持在.左右范围内小幅波动图 地表沉降与插入比关系 结论()淤泥层厚度、支撑刚度不同导致围护结构最大水平变形量不同但不会对变形模式造成影响均由开挖初期的“直线式”变为“鼓肚式”第三次开挖全部处于淤泥层与开挖非淤泥层相比围护结构最大水平变形产生更大增幅占总变化量的.淤泥层的存在使基坑围护结构变形显著增大对于桩撑支护形式可通过增加内支撑刚度减小这一影响()由于淤泥层厚度增加()围护结构最大水平变形量从.逐步提高至.、地表最大沉降量由.增加至.分别提高.、.围护桩最大水平变形点所在深度、地表最大沉降位置与围护桩间的距离也逐渐增大变化范围分别为.、.()围护桩插入比和最大水平变形量有一定关系:如果插入比大于.随着插入比下降最大水平变形量缓慢提高变化幅度在.之间如果插入比小于.最大水平变形量迅速增大工程安全将会遭受一定风险极有可能发生“踢脚破坏”()由于围护桩插入比降低最大水平变形点所在深度、地表最大沉降量随之增大插入比对地表最大沉降发生部位的影响并不明显与围护桩距离始终保持在.左右小幅波动参考文献 徐飞 王渭明 张乾青 等.黄河冲积平原地区超大型深基坑开挖现场监测分析.岩土工程学报 ():.吴昌将 孙召花 赖允瑾 等.软土地区地下连续墙深大基坑的变形性状研究.岩土力学 ():.:.():.():.刘志波.高灵敏性软土深基坑变形影响因素分析及控制措施.铁道建筑技术():.王国辉 陈文化 聂庆科 等.深厚淤泥质粘土中基坑开挖对基桩影响的离心模型试验研究.岩土力学 ():.万星 戈铭 贺智江 等.南京软土地区基坑墙体变形性状研究.岩土工程学报 ():.李淑 张顶立 房倩 等.北京地区深基坑墙体变形特性研究.岩石力学与工程学报 ():.陈晓庆 丁文其 曲红波 等.珠海深厚淤泥地层中大直径桩插入比对基坑变形特性的影响.中南大学学报(自然科学版)():.叶帅华 李德鹏.复杂环境下深大基坑开挖监测与数值模拟分析.土木工程学报 ():.尹利洁 李宇杰 朱彦鹏 等.兰州地铁雁园路站基坑支护监测与数值模拟分析.岩土工程学报 ():.柴海博.深基坑开挖变形监测及数值计算分析.铁道建筑技术():.铁道建筑技术 ()