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随着近些年来我们经济建设的飞速发展,城市人口数量的不断增加和人民生活水平的逐步提高,城市可用建筑场地越来越少,交通问题的日益凸显,城市建设开始向空中和地下发展,地下建筑深度越来越大,对地下空间的合理、有效利用已经逐渐成为城市建设开发的一个重大难题。深基坑开挖会对基坑周边环境产生不可避免的影响,比如支护结构的变形和基坑周边地面沉降、建筑物倾斜。近些年来,基坑工程事故也越来越多,主要体现在两个方面:第一,支护体系失去稳定;第二,基坑整体发生了超出自身以及周围环境可承受范围的变形。如何在基坑的开挖过程中控制其发生合理变形,保证围护结构的稳定,减小施工对周边环境的影响显得非常重要。在工程环境复杂的情况下,了解基坑支护体系、土体和周边临近建筑物之间的相互作用,掌握开挖过程中相邻建筑物的变形与建筑结构内在反应十分重要。
本文依托天津高银中央商务区深基坑支护工程,以准确、详实的基坑变形监测数据为基础,针对现场不同的施工工况,计算基坑支护体系的受力与变形,并将其理论计算结果与现场监测数据进行对比,着重分析了支护体系的变形规律,以及研究了不同工况条件下支护体系的受力特点,在此基础上,对基坑南侧土体沉降和支护体系侧向位移的关系进行探讨。
首先,本文介绍了天津高银中央商务区基坑工程支护体系的工程概况,东、西两侧采取浅层卸土放坡十深层地下连续墙十两道钢筋混凝土水平支撑的多梯次联合围护体系。南侧由于离红线较近采取垂直开挖,北侧已经开挖至第一道支撑所在标高,导致南北两侧存在差异较大的非对称荷载。
其次,根据现有的理论和实践资料,总结前人对基坑支护体系的变形机理和变形规律的研究成果,为下一步对本工程支护体系的变形特征研究提供依据。
然后,采用理正深基坑设计软件对支护体系的变形和受力情况进行计算,得出支护体系变形、受力标准值。在理正计算结果的基础上,使用武汉天汉深基坑设计软件进行计算得出了支撑体系的整体变形和各支撑轴力。
最后通过支撑轴力、支撑水平位移、地下连续墙侧向位移等数据理论值与实测值的对比,并结合基坑周边沉降监测数据分析在不同工况条件下圆环支撑、地下连续墙、基坑周边环境在施工过程中的变形情况,得出天津高银中央商务区基坑工程支护体系变形特征。
通过以上研究得出如下结论:
(1)在基坑南北侧差异较大的非对称荷载及东西对称荷载作用下,整个内支撑体系呈现出整体向基坑北侧发生“偏移”现象,支撑体系的圆环内支撑拱效应非常明显:基坑南侧受力加大,环支撑呈明显“内拱”趋势。基坑北侧由于A+B区域内支撑体系的作用,大大增强了该支护区段的结构刚度,在加上基坑南侧有明显的“内拱”作用使得基坑北侧变形向坑内发展得到了控制,从而水平位移较小;
(2)对于基坑东西侧,由于基坑南侧环支撑呈明显“内拱”趋势,基坑北侧有强有力的结构刚度,使得东西两侧的环支撑呈“外拱”趋势,对两侧的基坑变形的限制非常有利,故而东西两侧变形较小,且呈不规整的“S”形;
(3)在支撑的作用下,地下连续墙在开挖初期,东西两侧地下连续墙靠近南侧部分向基坑外发生位移,靠近北侧部分向基坑内发生位移。随着开挖深度的加大,坑外部分向基坑发生位移,地下连续墙变形趋于稳定。
(4)基坑南侧中间坑外土体沉降量最大,由中间向东西两侧逐渐减小;紧靠地下连续墙沉降量最大,随着离基坑边缘距离的增加,土体沉降量逐渐减小。基坑周边沉降基坑周边沉降与围护体侧向位移之间存在着一定的对应关系,沉降量随着侧向位移的变化而变化。