承压水地层管廊基坑开挖变形特征及抗突涌稳定性分析

文章依托济南新东站开源路富水地层管廊基坑工程，分析了影响基坑开挖变形的关键因素，提出了基坑周边土体变形破坏影响因素的敏感性评价指标，建立了基坑底板抗突涌稳定系数及隔水层临界厚度公式。结果表明：随开挖深度和承压水头增加，水平位移具有分层现象，深层呈 “月牙形”， 最大变形位于基坑底部两侧下部，呈现向桩后和基坑中心靠拢趋势；地表沉降呈凹槽形，从基坑边向两侧呈先增大后减小趋势，而隆起变形越靠近基坑中心越大，施工中应注意基坑底部两侧向中间过度时出现的较大隆起值。基坑周围土体变形破坏影响因素指标敏感性大小依次为开挖深度、加固厚度和承压水头，施工时要适当采取降水措施，预留足够的隔水层厚度，加固坑底以增强其稳定性，更要适当控制基坑开挖深度；与传统法相比，考虑土体抗剪强度所计算的基坑抗突涌稳定系数较大，隔水层临界厚度较小，与现场情况更加吻合。     

某地铁车站深基坑支护方式的FLAC~(3D)模拟分析

以南宁市大学鲁班路地铁车站基坑开挖支护为背景,对深基坑地下连续墙内支撑支护结构进行数值模拟分析。运用数值模拟软件FLAC~(3D)构建数值模型,分析基坑在不同开挖阶段下的位移、剪应变增量及内支撑轴力等。在地下连续墙内支撑支护下基坑底部最大竖向位移约为9.5 cm,基坑底部隆起位移量中间大,两边小;基坑侧壁最大水平位移为2.0 cm,出现在基坑长边中轴处;随着开挖深度的增大,剪应变增量影响范围呈现先略微减小再增大的趋势;内支撑轴力大小与基坑开挖深度成正比,且在第1道内支撑上出现了拉力。     

长江漫滩地区深基坑地下连续墙受力变形特性研究

针对长江漫滩地区特殊条件,通过收集南京青奥轴线——梅子洲过江通道两种不同地下连续墙作为围护结构的深基坑工程实测数据,从统计学角度对比分析了格栅地下连续墙和普通地下连续墙受力变形特性,研究了地下连续墙顶水平位移、墙体深层侧向位移、地表沉降、支撑轴力等随基坑开挖及时间的变化规律。主要结论如下:1墙顶水平位移在支撑设置后均有回弹变形趋势,变形受支撑架设、预加轴力及拆除影响较大;2两种墙体侧向位移随深度均呈"胀肚型"变化趋势,两者最大侧移均发生在埋深中部区域;3格栅地下连续墙在基坑开挖初期,受支撑设置影响,地表先小幅隆起,普通地下连续墙无隆起现象,且沉降明显偏大,两者随距墙体距离增大沉降逐步变小,且不同距离处差异沉降在基坑开挖后期均有增大趋势。     

深基坑开挖对邻近既有独立基础变形的影响

针对深基坑开挖对近邻既有独立基础变形的影响问题,应用有限元软件ABAQUS建立包括基坑、土体、独立基础在内的整体模型,分析基坑开挖深度、建筑物与基坑间距、连续墙厚度及嵌固深度等因素对基坑近邻独立基础沉降量与水平位移的影响。分析表明:开挖深度对基础沉降量的影响程度大于其对基础水平位移的影响程度。建筑物与基坑间距对基础沉降的影响远大于对水平位移的影响,当间距大于1.0H时,对基础沉降基本没有影响。连续墙厚度对独立基础水平位移的影响较大,对沉降的影响较小。增加连续墙的嵌固深度对临近独立基础沉降与水平位移的影响程度较接近。     

基于正交试验的围护结构变形影响因素

深基坑开挖可能引起围护结构与周围土体的变形,而这些变形对各种影响因素具有不同的敏感程度.以上海长江西路越江隧道新建工程为例,根据实际土层分布建立了里程NK0+534.100处基坑体系横截面的几何模型,使用有限元分析软件ABAQUS进行了基坑开挖过程的数值模拟,分析了基坑施工过程中地下连续墙水平位移随深度的变化特征,对比研究了现场监测数据与数值模拟结果.选取地下连续墙厚度、窄基坑开挖深度、窄基坑开挖宽度3个影响因素,并对每个因素取3个水平,使用正交试验和正交表L9(34)实现了9种不同情况的数值模拟试验,并基于这些因素对地下连续墙水平位移的影响进行极差分析和方差分析.结果表明:数值模拟结果与现场监测数据吻合程度较好;对地下连续墙水平位移影响程度由大到小的因素依次为地下连续墙厚度、窄基坑开挖深度、窄基坑开挖宽度;地下连续墙厚度-地下连续墙的水平位移呈负相关,窄基坑开挖宽度、深度-地下连续墙水平位移呈正相关.研究成果对基坑施工过程中围护结构的变形分析具有一定的参考价值.     

深大圆形基坑开挖变形特性数值分析

基于三维有限差分程序FLAC3D,分析了砂土及黏土中圆形基坑开挖引起的维护结构及坑底隆起变形规律特性,并通过调整圆形基坑的开挖半径,研究了基坑开挖半径对维护结构及坑底隆起变形的影响.数值模拟结果表明:土体类别对基坑变形特性分布没有显著影响;圆形基坑维护结构变形呈"后仰"式分布,且最大水平位移随开挖半径增大而不断增加,当连续墙结构其插入比控制在0.67左右时,其基坑变形大小能满足规范设计要求;随着开挖深度的增加,坑底隆起变形逐渐增大,当开挖半径达到60 m后,最大隆起变形不随开挖半径的增大而增加,且最大隆起变形区域基本位于0.2~0.8倍的开挖半径范围内.     

静压沉桩对邻近地下连续墙变形的影响

以半无限土体中圆孔扩张解答为基础,运用弹性地基梁理论,通过简化基坑内部支撑条件以及墙端约束条件,得到了静压沉桩对邻近基坑地下连续墙变形影响的弹性解答,并分析了沉桩深度和沉桩距离对地下连续墙侧移的影响规律.研究结果表明:静压沉桩对邻近地下连续墙变形有较大影响,尤其对开挖面以下地下连续墙的侧向位移影响更加显著.当沉桩深度超过开挖深度后,地下连续墙产生的位移随沉桩深度不断增加;沉桩超过地下连续墙深度后,继续沉桩对地下连续墙的位移影响逐渐减弱.桩径越大,地下连续墙产生的位移越大.沉桩离地下连续墙越近,地下连续墙产生的位移越大;当沉桩距离增大到15倍桩径时,沉桩影响可以忽略.     

城市隧道基坑地下连续墙变形特性研究

为了研究城市隧道深基坑开挖引起的地下连续墙墙体变形规律,对南京纬三路过江通道工程隧道基坑监测结果进行了以下几方面的统计分析:基坑开挖引起的墙体侧移的时空变化特征,墙体最大侧移位置的特征,有支撑开挖下地下连续墙最大侧移简易预估模型(KJHH)对地下连续墙最大侧移进行预估的实用性.研究表明:随着基坑开挖深度的增加,地下连续墙变形逐渐变为明显的“胀肚型”,平均值为0.144％He(He为基坑开挖深度),最大侧移随着开挖深度的增加而增大;地下连续墙最大侧移埋深出现在开挖面稍下一点位置,产生这一现象的主要原因是本基坑中淤泥质黏土软弱土层一般处于开挖深度的中上部,开挖这些土层会在开挖面产生较大的变形;采用KJHH简易模型预估得到的地下连续墙最大侧移和实测值接近,说明KJHH简易模型可以有效地预估本工程地下连续墙的最大侧移.     

旁侧基坑开挖对超大直径盾构隧道变形影响分析

密集城市区近接基坑工程易引发超大直径（>15 m）盾构隧道变形、结构开裂及渗漏水.当前超大直径盾构隧道建设处于起步阶段,基坑影响下隧道变形响应规律不明,合理的影响分区匮乏.本文采用有限元软件建立超大直径隧道旁侧基坑开挖的三维有限元模型,分析超大直径隧道的结构变形响应机制,并探讨隧道埋深、隧道-基坑间距、基坑开挖深度等因素影响规律.结果表明,基坑开挖引发地层朝向基坑的“鼓肚子”水平位移和“勺子”状竖向位移;与小直径隧道相比,超大直径盾构隧道表现出较小的纵向变形和较为显著的横向变形;隧道变形随隧道-旁侧基坑围护结构距离增大而减小、随埋深增大先增大后减小、随基坑开挖深度的增大而增大.通过基坑开挖深度归一化后,隧道最大变形与隧道-基坑间距可用指数函数高精度拟合.提出归一化后的影响分区图,为实际工程超大直径隧道结构保护提供重要的参考.     

深基坑桩锚支护位移及内力数值模拟分析

利用FLAC3D数值模拟软件,按照实际施工工序模拟基坑开挖支护全过程,得到了桩锚支护结构以及基坑外土体沉降和基坑侧壁水平位移随基坑开挖的变形规律:随基坑开挖深度的增加,基坑外土体沉降逐渐增大,变化曲线呈"勺状"分布;基坑顶和基坑侧壁水平位移随开挖深度增加均逐渐增大且都在开挖至基坑底时位移最大;桩身弯矩最大值处基本出现在基坑开挖深度1.5 m以上的位置,最大负弯矩值为76.7;锚索轴力最大位置出现在锚索的端头处,且从端头位置向端尾位置逐渐减小,而第1排至第3排锚索最大值逐渐增大,说明支护结构中第2、3排锚索起主要作用,验证了深基坑桩锚支护的可行性。     

承压水基坑突涌机制离心模型试验与数值模拟

软土地区的深基坑工程,在承压水作用下容易发生管涌、流土和隔水层整体顶升等形式的突涌破坏.结合紧邻地铁枢纽深大基坑工程,设计了基坑突涌离心模型试验,模拟不同承压水位作用下黏性土体隔水层突涌状态,并建立有限元数值模型,分析试验水位压力下坑底土体的应力应变机制.离心模型试验和数值模拟结果表明,在承压水压力作用下,坑底隔水层产生向上的隆起变形,并且基坑中间位置变形量大,随着水位的升高,土体变形曲率增大;基坑围护墙附近的隔水层土体剪切应变大于体积应变,而隔水层与承压含水层的界面处体积应变较大,产生水压楔裂作用并形成有效应力为零的区域;黏性土体隔水层在剪切效应与界面楔裂效应的共同作用下,发生整体顶升破坏.     

天津地铁6号线车站深基坑开挖下围护结构及墙后地表变形特性分析

依托天津地铁6号线金钟街站深基坑工程,采用FLAC3D对基坑开挖及支护全过程进行数值模拟,并对其关键影响因素及墙后地表和地连墙变形的相关性进行系统分析.研究结果表明:随着基坑开挖深度的增加,开挖深度对变形的影响增大,地连墙最大侧移位置不断下移,地表最大沉降点位置逐渐远离基坑边缘;地连墙侧移、地表沉降随基坑长宽比的增加有增大的趋势,但最终数值趋于平缓;基坑插入比对基坑变形控制作用较小,而地连墙厚度对基坑变形控制作用明显;随着支撑刚度的增加,地连墙侧移、墙后地表沉降呈现减小的趋势,但支撑刚度过大不会达到预想的控制变形的效果.最终得到墙后地表最大沉降与墙体最大侧移的比值为1.15,但墙后地表沉降包络面积与墙体侧移包络面积的比值为1.82.     

深基坑开挖中坑内降承压水的有限元模拟分析

考虑深基坑工程中坑内减压对基坑变形及稳定性等产生较大影响,本文选用适合基坑开挖的Hardening-Soil本构模型,结合某深基坑工程利用有限元法对承压层的不同处理方案进行对比计算.结果表明:在承压层未完全隔断的情况下,深基坑降承压水对基坑的稳定性及抗突涌都有利,但是增大了坑外地面沉降及地连墙底部位移.     

承压水基坑变形稳定性因素影响分析

以常州软土地区青枫公园地铁深基坑为例,利用plaxis有限元软件建立基坑模型,并将计算结果与现场监测成果进行了比较,验证数模计算的准确性。在此基础上,分析了基坑在承压水条件下的变形稳定性状,对基坑稳定性产生影响的诸多因素进行参数探讨包括围护墙入土深度、不透水层厚度、承压水降压幅度等。分析结果表明：基坑开挖数值模拟合理,符合实际工况。随着承压水压力减小、地连墙深度增加以及不透水层厚度增大,围护墙体水平变形越小,基坑越稳定。工程中需结合实际情况制定相应的抗突涌方案,确保基坑稳定,节约工程成本。     

长江漫滩地区深大基坑开挖工程半逆作半顺作法研究

针对长江漫滩高承压水地基,以南京市某工字型地下6层地铁换乘站基坑为依托工程,采用FLAC3D三维有限差分软件,分别对半顺作半逆作开挖法和明挖顺作法进行数值模拟,分析了基坑开挖及降水的应力渗流耦合作用对周围地表沉降、连续墙侧移和支撑轴力的影响。结果表明:1)长江漫滩高承压水地基深基坑开挖工程,地表沉降值和连续墙变形值均较大;2)工字型深基坑开挖工程,地表沉降、连续墙侧移最大值出现在上下横边中点处;3)半顺作半逆作法的地表沉降、连续墙侧移、横向支撑轴力值均小于明挖顺作法,更有利于控制基坑侧壁变形,降低基坑开挖风险。     

悬挂式止水帷幕深基坑分级降水开挖变形特性

在地下水丰富且发育有深厚的透水层的地区,考虑到施工难度以及经济性因素,深基坑的隔水设计往往采用悬挂式止水帷幕.基于佛山地铁某深基坑变形实测资料,采用ABAQUS建立三维流固耦合模型,考虑分级降水开挖的实际工况,研究开挖过程中悬挂式止水帷幕基坑的变形规律.结果 表明:地连墙变形在开挖的各个阶段均呈“中间变形量大,两侧变形量小”的鼓胀形.最大侧向位移点在开挖的各个阶段均位于开挖面附近,随开挖深度的增加呈下移趋势.地连墙墙顶位置容易朝着坑外发生变形.坑外地表沉降曲线呈“凹槽”形,随着开挖深度的增加,最大地表沉降点逐渐远离基坑.在基坑开挖过程中,软土层开挖扰动引起的地表沉降呈减小趋势,由坑内降水引起的地表沉降呈增加趋势,由降水引起的沉降可达总沉降量的一半以上.回灌前后坑外地表沉降分布规律基本一致,均呈“凹槽”形,采取回灌措施可在一定程度上控制悬挂式止水帷幕地表沉降变形.     

软弱地层深大基坑富水特性及组合支护控制

为研究深大基坑地层富水特性以及组合支护方案下基坑控制效果,以在建连云港—镇江高速铁路线淮安东站站前广场基坑为工程背景,开展含水层抽水试验,明确地层富水特性以及水力联系,为基坑施工提供依据；设计地连墙、TRD两种支护以及分层开挖方案,并开展了基坑控制效果现场监测分析。结果表明：(1)影响含水层渗透性因素较多,应采用多种方法比对分析,获取较为合理的水文参数；本工程含水层潜水静水位标高+6.60～+6.80m,第Ⅰ承压含水层静水位标高+3.73m~+3.75m,潜水和承压水之间有较厚的弱透水隔水层,两者之间没有明显的水力联系。(2)地连墙和TRD连接处深层水平位移最大,需要加强重点防控；地连墙侧位移分布近似均匀,TRD墙侧呈现上、中部大,下部小的“刀把”形,地连墙侧水平位移以及地表沉降控制效果均优于TRD墙侧。(3)桩顶和立柱隆沉具有明显的三阶段变化特征,支护方案对桩顶和立柱隆沉的影响差异较小；混凝土撑轴力和基坑外水位变化具有明显的四阶段变化特征；支护方案对第1道混凝土支撑即次支撑轴力的影响较大,最大轴力差异为18.8%；对第2道混凝土支撑即主支撑轴力的影响基本忽略,差异为0.7%。     

悬挂式深基坑地下连续墙支护数值模拟及工程优化

现场监测难以预测基坑和围护结构后期变形规律,为提前预判并规避基坑破坏风险,采用数值模拟方法预测基坑变形及围护结构工作状态。依托南京市和燕路过江通道八卦洲明挖段实际工程,针对悬挂式地下连续墙深基坑支护方式,动态模拟基坑开挖,研究地连墙墙体深层水平位移和墙体弯矩变化规律,对比监测数据验证模拟合理性。改变悬挂式地下连续墙厚度及埋深,发现地连墙厚度增大可减小深层水平位移,但对抗弯性能要求较大;增大墙体埋深可减小水平位移和墙体弯矩,但超过一定深度影响减小,通过寻求墙体厚度及埋深合理值,优化施工方案。     

考虑承压水影响的基坑抗隆起稳定性上限分析

考虑基坑底部的承压水作用效应,假定Prandtl土体滑移破坏形式,采用极限分析的上限定理建立了基坑抗隆起稳定性分析方法及其验算公式,讨论了承压水头大小、不透水层厚度以及挡土墙插入深度等因素对于基坑抗隆起稳定性的影响.工程实例的计算结果表明,坑底承压水对于基坑抗隆起稳定性的影响不可忽视,承压水头越大,基坑抗隆起稳定性安全系数越低.将本算法与传统算法的结果进行了对比,该方法能够体现出承压水对软土基坑稳定性所产生的风险.