基于不同边界条件的基坑内支撑加固效应研究

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改革开放后,我国经济总量迅速提升,城镇基建日趋增大,城市用地日益缺乏,由此城镇建设向地下空间发展。地下空间工程也随着建设带来了许多技术难题:基坑的开挖面积愈来愈大,深度也愈来愈深。众所周知,我们国家的土地虽然辽阔,但地貌类型多样,山地多,平地少成了我们国家建设用地的显著特征。山地建筑在基坑开挖中难度较大,而山地基坑的开挖存在不同的边界条件。其类型主要有三种:一,在平地上开挖基坑,即平坑;二,在边坡脚下开挖基坑,称坡下坑;三,在坡地的半坡地带开挖基坑,称为坡中坑。因其建设场地一般施工空间有限,基坑空间形式与环境复杂多变,其变形破坏失稳的可能性也将呈现不同的类型,因此基坑支护也需要选择各种不同的支护方式。内支撑-排桩支护体系是基坑支护中常用且重要的一种支护方法,由于其适应性强、施工对场地周边环境影响小、基坑变形小等特点,因此可以确保深基坑的安全性与稳定性要求,如今已大量在基坑支护工程中应用。由于基坑所处的施工场地与环境的不同,引起了其边界条件的改变,采用内支撑支护将会产生不同的支护效应,进而影响到最终的支护效果,因此,“基于不同边界条件的基坑内支撑加固效应研究”意义重大。本文以昆明粤商大厦基坑工程为背景,构建不同边界条件下的基坑内支撑分析计算模型,利用有限元数值分析软件—迈达斯,对深基坑的施工进行数值模拟分析,详细研究该支护结构的加固效应,并将监测数据与数值分析结果对比论证,通过研究得出以下结论:(1)对于坡中基坑、坡下基坑进行内支撑支护设计时,应考虑基坑开挖导致上部边坡失稳的可能,而且基坑上壁面及下壁面对内支撑结构的侧推力有所不同。(2)在坡地基坑开挖过程中,坡中坑迎坡面产生的最大水平位移与支护桩顶位移量最大,坡下坑次之;平坑产生的相应水平位移最小。随着基坑的开挖,不同边界条件的基坑产生的水平位移略有所不同,其最大水平位移位置也有所差别。平坑由于内支撑两侧土体压力相同,使基坑内支撑结构处于受力平衡状态。因而,该种边界条件下的基坑对控制变形最为有利;桩顶位移随着基坑开挖的深入总体呈增大的趋势,但水平位移都很小,基坑支护效果很好。坡下坑的最大水平位移位置位于基坑边坡侧的坑壁腰部,基坑开挖会对边坡的稳定性造成一定的影响,使边坡产生一定的变形与位移,由于内支撑两侧土体的主动土压力不同,靠近山体一侧的主动土压力较大,不平衡推力将促使桩顶及内支撑结构沿山体坡向变形位移,并使下坡向内支撑结构的侧向主动土压力逐渐转化为被动土压力,直至达到新的平衡状态为止。(3)随着基坑的施工,三种情形下基坑坑底隆起值是不断增大的。坡下坑隆起位移最大,平坑坑底隆起值最小。基坑侧壁地表的最大沉降值在不断增大,坡中坑的最大竖向沉降发生在左侧的坡顶与右侧边坡腰部,坡下坑的最大沉降位置在基坑左侧边坡坡顶处,平坑最大沉降位置是在桩顶处。坡中坑沉降最大,平坑沉降最小。坡中坑桩顶土体沉降最大,平坑沉降最小,三者的桩顶沉降位移在随着基坑的开挖过程中趋于较稳定状态。(4)通过对实际案例工程三维模拟分析,粤商基坑进行支护开挖完毕后,找到了基坑四周土体位移变形最大位置及基坑开挖完毕后坑底隆起的最大位置。三维模型与二维模型比较分析后,在基坑同一位置,支护后位移非常贴近,说明二维模型与三维模型具有同等效力。二维基坑模型能较明显的表现坑底隆起,且坑底隆起表现为立柱与排桩位置比其他地方要小,两支撑结构中间的某位置点隆起值最大,坑底隆起大致由立柱向左右两侧对称分布。(5)通过对基坑监测及数据进行整理、分析后,发现基坑土体的水平位移具有空间效应与时间效应影响。基坑在进行内支撑支护后,坑壁土体的水平位移会受到约束,位移变化呈“抛物线“形状。同时在不同的开挖与加撑段,模拟值与实测值较吻合,能较好分析其加固效果,说明基坑在进行支护设计后、开挖施工前进行模拟施工是很有必要的。基坑的模拟与监测是相辅相成、不可分割。它能为同类型的基坑设计提供一定的参考经验,也能为后续施工中提供指导。
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