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随着城市建设的快速发展,城市人口超饱和,地面空间显得日趋狭小,人们愈益要求开发三维城市空间,由此而产生了大量的基坑围护工程,且规模和深度不断的加大。另一方面,现代城市建设的迅速发展对基坑开挖技术又提出了更高、更严的要求,即不仅要确保基坑安全稳定,而且还要满足变形控制的要求、降低造价、方便施工、缩短工期。为了解决这些问题,基坑支护方法的创新,新材料、新思路的支护方案的推出,摆在了我们面前。
对于一个开挖深度超过12.0m、基坑平面尺寸超过5万m2的大型基坑,在周边环境要求极其高、地质条件较差的条件下,既安全又稳定的完成支护设计工作是一个巨大的挑战。同时在基坑设计中应该选用既满足稳定、又满足经济合理要求的支护形式。使用排桩+斜支撑的支护方式无疑是一种合理而且经济的支护方式,同时也是一种创新和有益的尝试。
本文首先介绍了深基坑工程的发展历史,研究、归纳和总结了国内外基坑工程的研究现状,重点阐述了我国基坑工程的特点和存在的主要问题。随后,结合恒隆广场基坑的具体工程地质条件,综合考虑该项目的稳定、变形和经济要求,比较各种基坑支护方式的特点并进行比选,确定了最适合本基坑工程的支护方式:排桩+斜支撑。
通过对比分析两种实用计算模式等值梁法和简支梁法,选择了适合本工程的计算方法--等值梁法进行设计。在斜撑设置点的选择上,通过建立多目标函数,采用黄金分割法进行优化,确立了最为合适的斜撑点位置。根据该优化结果分别进行了斜撑、支护桩以及整体的设计,并通过“m”法和稳定性验算证明了设计的合理性。
最后,通过FLAC大型的有限差分数值计算软件对排桩+斜支撑支护结构体系进行数值模拟分析。详细介绍了FLAC的基本原理、模型建立和计算参数的选取;考虑土体的塑性变形采用了Mobr-Coulomb本构模型;对支护桩结构采用了结构单元(Beam)模型;并且考虑了用界面单元模拟桩土界面两种不同材料的耦合,使之更贴近实际工程情况。
结合数值模拟的计算结果,得出了基坑分步开挖过程中支护结构的内力变化,基坑土体的应力、应变状态,对基坑的开挖和支护过程进行了应力、应变及位移等的分析,针对两次开挖的数值模拟结果,做出了对比分析,并且为进一步研究指明了方向。