论文部分内容阅读
摘 要：为了研究复杂基坑的变形问题，特别是对脆弱土的影响。采用等效抗弯刚度原理对支承结构进行简化，建立了具有较高精度和效率的理论计算模型。本文对支护结构的变形效果进行了比较分析，提出了相应的防治对策。
关键词：深基坑工程;施工;周边环境;防治对策
结果表明，先采用分层开挖的双排桩斜拉支护与桩锚联合支护结构的北方基坑，对建筑物的变形有较大的影响。当基坑开挖到-2.80m时，基坑沉降变形率和水平变形率均较大。北方基坑开挖后，建筑物的沉降量已达到总沉降的4/5，后期的南基坑内支撑结构对相邻建筑物的沉降变形影响不大。
一、基坑工程特点
在施工过程中，必须确保周围环境，包括周围建筑物、地下管线和周围交通干线，因此，开挖程序和支护方案的选择应更加谨慎。国内外许多学者和工程师对基坑开挖引起的建筑物变形进行了研究，分析了基坑开挖后围护结构和建筑物监测数据的变化特征。此外，基坑往往毗邻敏感的建筑物或结构，如市政管道，地铁隧道和老建筑。在这种情况下，除了保证基坑工程的安全外，基坑开挖引起的，传统的方法不能合理地进行基坑工程。数值分析由于考虑了，成为分析基坑开挖环境影响的有效方法。
基坑工程数值分析的关键问题在于土工模型的选择。在Mohr-Coulomb模型、硬化土模型、Drucker-Prager模型和CaM粘土模型等已知的本构模型中，硬化土模型可以合理地模拟挡土墙的变形和周围土体的移动，从而建立稳定的土体模型。
本文对基坑开挖对周围环境的影响进行了数值分析。对几条市政管线和一座基础浅的旧建筑的变形进行了专门研究，以确定基坑支护结构是否满足变形控制的要求。
二、深基坑工程施工对周边环境的影响
（一）工程测量。1号基坑开挖位于济南路北侧，西城路西侧，毗邻大楼北侧。这是一座24层的内科大楼和地下车库.基坑整体形状为矩形，东侧长107米。该建筑南侧的2号基坑是一座新的医疗技术建筑，希望与第一次开挖相连。基坑由新建医疗建筑和地下车库两部分组成。基坑南边长69m左右，东西长108.5m左右，基坑开挖深度6.4m左右，建筑基础埋深1.50m左右。复合地基采用粉喷桩处理[1]。
为保证基坑工程的安全，设计了双层混凝土支撑的连续钻孔灌注桩。截面尺寸分别为1200x800mm和1300x800mm，第二支座为第二支座。第一层和第二层支柱的截面酒窝离子分别为900×800mm和1000×800 mm。两层混凝土支柱之间的垂直距离为5.5m。
数值模型为模拟基坑施工引起的环境变形，建立了两个断面的二维模型，用实体实例对土体进行了数值模拟。采用平台单元对桩基和住宅结构进行了数值模拟。利用隧道单元对管道进行了数值模拟。用Goodman接触单元描述地下结构与土的接触行为。数值分析中，开挖深度为12.7m[2]。
（二）工程地质条件。拟建的立地地貌单元為黄河三角洲冲积平原。在施工场地范围内，地层为第四纪地层，主要为混合填土、粉质粘土和部分淤泥[3]。
三、模型建设
利用柱、锚索和腰梁，并将一些荷载应用于建筑物基础模型中，以代替现有建筑物。为了便于计算，本文根据等效抗弯刚度原理，将桩列等效为地下连续墙。排桩直径用D表示，净间距用t表示，隔墙长度是桩排与桩直径的净距离[4]。
（一）计算边界条件。计算模型的底部采用垂直约束和水平约束，侧面采用水平约束，上表面设置为自由曲面。柱采用垂直约束，底部采用固定约束。
（二）基坑开挖模拟对环境影响。通过在有限元软件中建立阶段管理，利用相应的土和支护结构的活化和钝化来模拟施工条件。具体开挖模拟施工条件，对基坑开挖过程中相邻建筑物的变形特性进行了分析，根据三维数值模拟的结果，得到了8种不同工况下建筑物的变形情况。根据不同工况对建筑物变形的影响，只在3/415/6/719工况下提取建筑物变形云图、最终剖面变形云图和基础变形云图。支护结构顶部的最大水平位移和建筑物的沉降值均在设计要求的控制范围内，符合基坑开挖变形规律。结果表明，三维数值模拟能较好地反映基坑开挖的实际情况。在基坑开挖过程中，由于围护结构内部土体的开挖和卸荷等诸多因素的影响，下部土体的应力状况发生变化，导致基坑底部土体回弹，基坑底部回弹不可避免地导致周围土体的移动。此外，围护结构两侧的应力也失去了原有的平衡，导致围护结构水平位移。基坑塌方多为措施不力或麻痹心理所致，而一旦形成塌方事故，特别是造成人员伤亡和邻近建筑物倾斜，塌陷时，处理起来就非常麻烦，不仅造成巨大经济损失，而且拖延工期，甚至给已有建筑物的安全留下隐患。
四、深基坑工程施工防治对策
（一）深基坑支护结构的选择。重力式支护结构主要是深层搅拌水泥土桩挡墙和旋喷桩帷幕墙，其中，深层搅拌水泥桩挡墙挡水效果好，刚度、抗弯能力较小，适用于不是很深的基坑。而旋喷桩帷幕墙作用与深层搅拌水泥土桩挡墙类似，但工艺有所不同。可按重力式挡土墙的设计方法进行计算。几种基坑支护组合结构形式：当基坑开挖深度小于12m、场地周边开阔、有条件采用预应力钢筋或花篮螺丝拉紧时，可采用地面拉结与支护桩结构。当基坑开挖深度小于20m时，若对基坑周边的变形有严格要求，可采用基坑工程逆作法;若邻近基坑边有重要建筑物或地下管线、基坑周围不具备放坡条件，可采用组合式支护结构;若为基坑周围施工场地狭小、邻近基坑边有建筑物或地下管线需要保护，且土体变形控制要求严格的工程，可采用墙式挡土结构（有撑、锚），但在软土地质条件下，优先考虑内支撑，采用支撑（锚）式排桩支护结构[5]。
（二）通过搞好施工前的预控。调查分析基坑周边环境，采取相应措施保护原有建筑物。调查基坑周边的地下设施，地下管线，特别是城市给排水管网和直埋电缆、光缆，不仅要查清位置、数量和结构情况，而且要与有关部门协商制订保护措施。认真熟悉施工图纸，核对基础及地基相关尺寸以及基坑边线与周边环境的关系和尺寸，认真分析相互影响，既要保证设计意图，又要保证邻近建筑物与设施的安全。了解基坑施工所需资源条件和施工条件，包括当地的气象资料，当地的建材市场，当地的土方机械、排水机械，当地的排水系统等情况。如为深基坑应有专项设计，并按设计编制施工方案，完成向监理单位的报审工作。
通过上述研究，我们可以得出以下结论：
（1）与建筑物相邻的基坑，随着北基础的开挖，建筑物基础的水平位移和沉降均呈上升趋势，接近3倍。南方基坑开挖时，北基坑桩柱水平位移迅速减小，但建筑物沉降变形很小。
（2）基坑开挖到总深度的113时，对周围土层有很大的扰动，建筑物基础沉降变形率最高，应成为工程的关键监测期。
五、结束语
总之，在基坑开挖与支护期间，对支护结构进行现场观测，随时掌握土层与支护结构的变化情况。将观测的结果与设计值对比，并根据对比分析的结果，采取必要的措施，防止塌方事故的发生，确保工程顺利进行。
参考文献：
[1] 郑汉钦. 城市深基坑工程施工对周边环境的影响及防治措施[J]. 居业，2017（1）：115，117.
[2] 王志新，刘双. 浅谈聊城市深基坑工程对周边环境的影响及其防治对策[J]. 城市建设理论研究（电子版），2013（15）.
[3] 陈毅华. 明挖深基坑降水施工对周边环境的影响及对策[J]. 建筑工程技术与设计，2017（22）：1408-1408.
[4] 喻军，陈金祥，姜天鹤，等. 软土地基非对称深大基坑施工对周边土工环境的影响与防治对策[Z]. 浙江省建设投资集团有限公司. 2015.
[5] 莫桂龙. 深基坑降水工程对周边环境的影响及对策[J]. 建材发展导向，2014（1）：73-75.
关键词：深基坑工程;施工;周边环境;防治对策
结果表明，先采用分层开挖的双排桩斜拉支护与桩锚联合支护结构的北方基坑，对建筑物的变形有较大的影响。当基坑开挖到-2.80m时，基坑沉降变形率和水平变形率均较大。北方基坑开挖后，建筑物的沉降量已达到总沉降的4/5，后期的南基坑内支撑结构对相邻建筑物的沉降变形影响不大。
一、基坑工程特点
在施工过程中，必须确保周围环境，包括周围建筑物、地下管线和周围交通干线，因此，开挖程序和支护方案的选择应更加谨慎。国内外许多学者和工程师对基坑开挖引起的建筑物变形进行了研究，分析了基坑开挖后围护结构和建筑物监测数据的变化特征。此外，基坑往往毗邻敏感的建筑物或结构，如市政管道，地铁隧道和老建筑。在这种情况下，除了保证基坑工程的安全外，基坑开挖引起的，传统的方法不能合理地进行基坑工程。数值分析由于考虑了，成为分析基坑开挖环境影响的有效方法。
基坑工程数值分析的关键问题在于土工模型的选择。在Mohr-Coulomb模型、硬化土模型、Drucker-Prager模型和CaM粘土模型等已知的本构模型中，硬化土模型可以合理地模拟挡土墙的变形和周围土体的移动，从而建立稳定的土体模型。
本文对基坑开挖对周围环境的影响进行了数值分析。对几条市政管线和一座基础浅的旧建筑的变形进行了专门研究，以确定基坑支护结构是否满足变形控制的要求。
二、深基坑工程施工对周边环境的影响
（一）工程测量。1号基坑开挖位于济南路北侧，西城路西侧，毗邻大楼北侧。这是一座24层的内科大楼和地下车库.基坑整体形状为矩形，东侧长107米。该建筑南侧的2号基坑是一座新的医疗技术建筑，希望与第一次开挖相连。基坑由新建医疗建筑和地下车库两部分组成。基坑南边长69m左右，东西长108.5m左右，基坑开挖深度6.4m左右，建筑基础埋深1.50m左右。复合地基采用粉喷桩处理[1]。
为保证基坑工程的安全，设计了双层混凝土支撑的连续钻孔灌注桩。截面尺寸分别为1200x800mm和1300x800mm，第二支座为第二支座。第一层和第二层支柱的截面酒窝离子分别为900×800mm和1000×800 mm。两层混凝土支柱之间的垂直距离为5.5m。
数值模型为模拟基坑施工引起的环境变形，建立了两个断面的二维模型，用实体实例对土体进行了数值模拟。采用平台单元对桩基和住宅结构进行了数值模拟。利用隧道单元对管道进行了数值模拟。用Goodman接触单元描述地下结构与土的接触行为。数值分析中，开挖深度为12.7m[2]。
（二）工程地质条件。拟建的立地地貌单元為黄河三角洲冲积平原。在施工场地范围内，地层为第四纪地层，主要为混合填土、粉质粘土和部分淤泥[3]。
三、模型建设
利用柱、锚索和腰梁，并将一些荷载应用于建筑物基础模型中，以代替现有建筑物。为了便于计算，本文根据等效抗弯刚度原理，将桩列等效为地下连续墙。排桩直径用D表示，净间距用t表示，隔墙长度是桩排与桩直径的净距离[4]。
（一）计算边界条件。计算模型的底部采用垂直约束和水平约束，侧面采用水平约束，上表面设置为自由曲面。柱采用垂直约束，底部采用固定约束。
（二）基坑开挖模拟对环境影响。通过在有限元软件中建立阶段管理，利用相应的土和支护结构的活化和钝化来模拟施工条件。具体开挖模拟施工条件，对基坑开挖过程中相邻建筑物的变形特性进行了分析，根据三维数值模拟的结果，得到了8种不同工况下建筑物的变形情况。根据不同工况对建筑物变形的影响，只在3/415/6/719工况下提取建筑物变形云图、最终剖面变形云图和基础变形云图。支护结构顶部的最大水平位移和建筑物的沉降值均在设计要求的控制范围内，符合基坑开挖变形规律。结果表明，三维数值模拟能较好地反映基坑开挖的实际情况。在基坑开挖过程中，由于围护结构内部土体的开挖和卸荷等诸多因素的影响，下部土体的应力状况发生变化，导致基坑底部土体回弹，基坑底部回弹不可避免地导致周围土体的移动。此外，围护结构两侧的应力也失去了原有的平衡，导致围护结构水平位移。基坑塌方多为措施不力或麻痹心理所致，而一旦形成塌方事故，特别是造成人员伤亡和邻近建筑物倾斜，塌陷时，处理起来就非常麻烦，不仅造成巨大经济损失，而且拖延工期，甚至给已有建筑物的安全留下隐患。
四、深基坑工程施工防治对策
（一）深基坑支护结构的选择。重力式支护结构主要是深层搅拌水泥土桩挡墙和旋喷桩帷幕墙，其中，深层搅拌水泥桩挡墙挡水效果好，刚度、抗弯能力较小，适用于不是很深的基坑。而旋喷桩帷幕墙作用与深层搅拌水泥土桩挡墙类似，但工艺有所不同。可按重力式挡土墙的设计方法进行计算。几种基坑支护组合结构形式：当基坑开挖深度小于12m、场地周边开阔、有条件采用预应力钢筋或花篮螺丝拉紧时，可采用地面拉结与支护桩结构。当基坑开挖深度小于20m时，若对基坑周边的变形有严格要求，可采用基坑工程逆作法;若邻近基坑边有重要建筑物或地下管线、基坑周围不具备放坡条件，可采用组合式支护结构;若为基坑周围施工场地狭小、邻近基坑边有建筑物或地下管线需要保护，且土体变形控制要求严格的工程，可采用墙式挡土结构（有撑、锚），但在软土地质条件下，优先考虑内支撑，采用支撑（锚）式排桩支护结构[5]。
（二）通过搞好施工前的预控。调查分析基坑周边环境，采取相应措施保护原有建筑物。调查基坑周边的地下设施，地下管线，特别是城市给排水管网和直埋电缆、光缆，不仅要查清位置、数量和结构情况，而且要与有关部门协商制订保护措施。认真熟悉施工图纸，核对基础及地基相关尺寸以及基坑边线与周边环境的关系和尺寸，认真分析相互影响，既要保证设计意图，又要保证邻近建筑物与设施的安全。了解基坑施工所需资源条件和施工条件，包括当地的气象资料，当地的建材市场，当地的土方机械、排水机械，当地的排水系统等情况。如为深基坑应有专项设计，并按设计编制施工方案，完成向监理单位的报审工作。
通过上述研究，我们可以得出以下结论：
（1）与建筑物相邻的基坑，随着北基础的开挖，建筑物基础的水平位移和沉降均呈上升趋势，接近3倍。南方基坑开挖时，北基坑桩柱水平位移迅速减小，但建筑物沉降变形很小。
（2）基坑开挖到总深度的113时，对周围土层有很大的扰动，建筑物基础沉降变形率最高，应成为工程的关键监测期。
五、结束语
总之，在基坑开挖与支护期间，对支护结构进行现场观测，随时掌握土层与支护结构的变化情况。将观测的结果与设计值对比，并根据对比分析的结果，采取必要的措施，防止塌方事故的发生，确保工程顺利进行。
参考文献：
[1] 郑汉钦. 城市深基坑工程施工对周边环境的影响及防治措施[J]. 居业，2017（1）：115，117.
[2] 王志新，刘双. 浅谈聊城市深基坑工程对周边环境的影响及其防治对策[J]. 城市建设理论研究（电子版），2013（15）.
[3] 陈毅华. 明挖深基坑降水施工对周边环境的影响及对策[J]. 建筑工程技术与设计，2017（22）：1408-1408.
[4] 喻军，陈金祥，姜天鹤，等. 软土地基非对称深大基坑施工对周边土工环境的影响与防治对策[Z]. 浙江省建设投资集团有限公司. 2015.
[5] 莫桂龙. 深基坑降水工程对周边环境的影响及对策[J]. 建材发展导向，2014（1）：73-75.