基坑工程時空效應(yīng)

1、課程內(nèi)容（一）,緒論方案設(shè)計基坑的穩(wěn)定、事故的分析基坑工程施工中的土工問題內(nèi)力計算周圍環(huán)境變形的計算基坑圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點,課程內(nèi)容（二）,施工方法的選擇時空效應(yīng)規(guī)律時空效應(yīng)施工工藝時空效應(yīng)法施工參數(shù)基坑內(nèi)地基加固深基坑施工各道工序可能出現(xiàn)的問題及處理方法,課程內(nèi)容（三）,深基坑施工環(huán)境保護技術(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的判讀、險情征兆、搶險措施信息化施工監(jiān)控技術(shù)基坑工程的發(fā)展,研究生課程《基坑工程總論 ? 深基坑工程》,第九

2、課,時空效應(yīng)的原理和施工方法,第一部分 概 述,,,日本某基坑工程（采用大面積注漿加固，圖中為注漿設(shè)備）,新加坡某基坑工程（為保護距基坑22m的地鐵隧道，采用2層2.5m厚的旋噴注漿滿膛加固坑內(nèi)土體）,Boston某基坑工程（為保護周圍環(huán)境采用密集支撐）,國外為解決軟土基坑周圍的環(huán)境保護問題，常采用坑內(nèi)滿膛加固、設(shè)置密集支撐等方法，工期長，代價大。,,在上海軟土地區(qū)，若在基坑變形預(yù)測中不考慮軟土流變特征，并在施工中缺乏

3、及時有效的監(jiān)控手段，基坑變形預(yù)測值和實測值會存在較大差異，給基坑周圍環(huán)境保護帶來很大的困難。,,時空效應(yīng)理論和方法的特征,時空效應(yīng)理論和方法的最重要特征在于： 在軟土基坑變形的預(yù)測和監(jiān)控中，定量地考慮施工因素的影響。,第二部分 時空效應(yīng)的基本原理,上海軟土流變試驗曲線,1、應(yīng)力水平越低、蠕變時間越短，流變位移越?。?、土體在排水固結(jié)條件下要比不排水條件下穩(wěn)定。,通過對流變試驗和大量相關(guān)研究，可以取得有關(guān)控制軟土深

4、基坑變形的幾點重要啟示： 一、分層分塊開挖能夠有效地調(diào)動地層的空間效應(yīng)，以降低應(yīng)力水平、控制流變位移。 二、減少每步開挖到支撐完畢的時間，即無支撐暴露時間，可明顯控制擋墻的流變位移，這在無支撐暴露時間小于24小時效果尤其明顯。 三、解決軟土深基坑變形控制問題的出路在于規(guī)范施工步序和參數(shù)，并將其作為實現(xiàn)設(shè)計要求的保證。,時空效應(yīng)規(guī)律,當施工參數(shù)和地基土參數(shù)、支護結(jié)構(gòu)參數(shù)一起被作為基坑變形預(yù)測的計算參數(shù)，就能合理準確地預(yù)測

5、軟土基坑周圍地層位移。,長條形基坑施工工序和參數(shù),,車站端頭井施工步序和參數(shù),大寬度、不規(guī)則基坑施工工序和參數(shù),主要施工參數(shù)1、開挖深度Hj2、開挖層數(shù)3、每層開挖厚度4、每步開挖尺寸5、每步開挖無支撐暴露時間,天然地基土參數(shù)：Cu，Ps,,加固體參數(shù) ： Cu’，Ps’,被動區(qū)加固,預(yù)留土堤,土堤,基坑擋墻,大寬度不規(guī)則基坑施工步序和參數(shù),第三部分 工程應(yīng)用,一、長條形基坑工程實例,地鐵一號線徐家匯車站,(a

6、)原設(shè)計開挖支撐方案,(b)優(yōu)化后的開挖支撐方案,地鐵二號線東方路車站(通過調(diào)整開挖空間和時限來減少變形),二、地鐵車站端頭井工程實例,第三層土方開挖中的變形增量減至3mm,開挖第二層土時東端墻最大水平位移增大至6mm超過了警戒值,調(diào)整施工參數(shù)控制地墻位移,地鐵二號線人民公園車站,,三、不規(guī)則基坑工程實例,新世界商廈剖面圖,新世界商廈支撐平面圖,新世界平面圖,,,香港廣場,,車站及其周圍環(huán)境示意圖二,車站及其周圍環(huán)境示意圖一,,地下

7、連續(xù)墻施工期間東海大樓沉降,西,西,東,實施變形控制措施前的工況,該工況下東海大樓東西向沉降,變形控制措施之一優(yōu)化開挖步序和開挖參數(shù),原開挖步序和參數(shù),調(diào)整后的西標段施工步序和參數(shù)挖土參數(shù)作以下調(diào)整：1、將運土通道移至超載較小的北面2、將西標準段的每小段開挖寬度由6m減少至3m，無支撐暴露時間減為16hrs，而東標準段因位移較小，仍維持原施工參數(shù)。,變形控制措施之一優(yōu)化開挖步序和開挖參數(shù),調(diào)整開挖參數(shù)前后的基坑擋墻變形計算值對

8、比,157#地塊基坑周圍環(huán)境示意圖,157#地塊基坑周圍環(huán)境示意圖,基坑開挖參數(shù)示意圖,預(yù)留土堤寬度10m每小段開挖寬度6～8m每小段在18小時之內(nèi)開挖并支撐,,研究生課程《基坑工程總論 ? 深基坑工程》,2001年12月18日,第十課,,,,,時空效應(yīng)方法的設(shè)計與計算,計算方法(經(jīng)驗公式、半理論半經(jīng)驗解析法、桿系有限元法、平面有限元法、三維有限元法)主要計算參數(shù)的取值(以土壓力、被動抗力系數(shù)的取值為例)時空效應(yīng)法的計算就是定量

9、地考慮施工因素的影響的方法,基坑擋墻位移內(nèi)力二維計算模型,Pa——Rankine主動土壓力Kh——彈性計算條件下的被動抗力系數(shù)FPa——實測土壓力bKh——等效水平基床系數(shù)q——地面超載K——水平土壓力系數(shù),,基坑擋墻計算模型,支撐系統(tǒng)的計算模型,擋墻位移內(nèi)力的三維計算模型,1、采用子結(jié)構(gòu)方法和增量法，并考慮基坑擋墻和支撐系統(tǒng)的位移協(xié)調(diào)；2、為考慮時空效應(yīng)規(guī)律，被動區(qū)抗力系數(shù)取值為abKh ，其中bKh為二維計算中的等效水平

10、基床系數(shù)，a則根據(jù)預(yù)留土堤寬度B確定。,基坑周圍地層位移計算,,,,,運用上海經(jīng)驗公式，根據(jù)計算的基坑擋墻位移，可以預(yù)測墻后的縱向和橫向地表沉降。,采用彈性平面有限元方法，并以計算的基坑擋墻位移為邊界條件，可以預(yù)測墻后的地層位移場。,縱向沉降數(shù)值分析,,,彈性三維有限元方法可定性地預(yù)測大型基坑在不同開挖步序條件下的地層位移分布特征，其計算結(jié)果可作為確定合理的開步序的依據(jù)，以避免鄰近保護對象在開挖過程中出現(xiàn)過大的差異沉降。,,,,縱向沉降

11、數(shù)值分析,縱向沉降的變化規(guī)律,計算參數(shù)的取值,,土壓力的取值,,現(xiàn)場實測土壓力,,地鐵2號線陸家嘴車站某斷面實測土壓力隨工況變化圖,側(cè)壓力系數(shù)隨開挖深度的變化,水平側(cè)壓力系數(shù)K隨開挖深度的變化圖,側(cè)壓力系數(shù)隨時間的變化,,地鐵1號線所得到的土壓力與時間的關(guān)系圖,,DW4-51斷面處各深度（h=4、6、8、10、12、14m)的土壓力與位移的變化圖,期貨大廈測試斷面的各深度（h=12、16、20m)土壓力隨位移的變化圖,土壓力實用取值方法

12、,基坑保 土性 側(cè)壓力系數(shù)K 護等級 一級 軟粘土 0.75～0.55 二級 軟粘土 0.70～0.50 三級 軟粘土 0.625～0.45,由支撐軸力來估算主動土壓力系數(shù)公式,Calculation formula of active earth pressure,,,5m 15m 計算 實測 比值

13、 計算 實測 比值 (Mpa) (Mpa) (Mpa) (Mpa) 挖土至3m 0.03570.0347 0.97 0.136 0.131 0.96挖土至5m 0.056 0.0336 0.94 0.135 0.115 0.85挖至6.5m 0.0346 0.0321 0.92 0.135 0.108 0.80 放坡階段 0.03470.0

14、327 0.94 0.135 0.113 0.83,土壓力計算值與實測值比較,孔隙水壓力測值與由水位值計算出的靜止水壓力的平均值隨工況變化的比較表 5m 15m 靜水壓值 孔壓力值 比值 靜水壓值 孔壓力值 比值 (Mpa） (Mpa) (Mpa) (Mpa) 挖土至4m0.03050.

15、01650.470.1350.09690.71挖土至10m0.03390.01800.530.1340.09420.70挖土至14m0.03360.01750.520.1340.09190.68端頭井澆底板0.03230.01770.540.1320.09290.70端頭井澆中板0.03240.01820.520.1320.09410.71端頭井澆頂板0.03

16、300.01810.540.1330.09910.74標一段澆中板0.03420.01890.550.1340.1030.77標一段澆頂板0.03440.01940.560.1340.09830.73結(jié)構(gòu)封頂后0.03760.02110.560.1380.1060.76,反算出的土壓力項的側(cè)壓力系數(shù) 工況號 實測孔隙水壓力 對應(yīng)的實測土壓力

17、反算出的Ks 5m深15m深5m深15m深 5m深15m深工況1（挖土深3m）0.03470.1360.063480.235170.580.69工況2（挖土深5m）0.03360.1150.056850.201750.470.61工況3（挖土深6.5m）0.03210.1080.052150.17950.400.50護坡階段0.032170.

18、1130.060070.18760.560.52,被動抗力系數(shù)的取值,實測被動區(qū)土壓力,現(xiàn)場實測的被動土壓力,現(xiàn)場實測的被動土壓力,Kh值與時間的關(guān)系,,Kh值與土性的關(guān)系,Kh值與開挖空間的關(guān)系,,,Kh值與地基加固的關(guān)系,天然土層的Kh 計算公式,加固土層的Kh 計算公式,設(shè)計與變形預(yù)測,基坑工程支護結(jié)構(gòu)特性參數(shù)、地質(zhì)特性參數(shù)（包括地基加固）以及施工參數(shù)的計算方法根據(jù)施工步序和施工參數(shù)，預(yù)測施工中可能出現(xiàn)停頓、超挖以及開挖