上海地区支护结构与主体地下结构相结合的深基坑变形性状研究

【摘要】： 由于在变形控制、可持续发展等方面的诸多优点,支护结构与主体地下结构相结合已成为建设多层地下结构的一种有效方法,是上海软土地区近年来迅速发展和应用的新型支护型式。在支护结构与主体地下结构相结合的深基坑工程设计中,最关切的问题是预测基坑的变形,但目前尚缺乏对其变形性状的系统研究。由于基坑工程的高度复杂性,采用常规的弹性地基梁法或平面有限元法已难以分析支护结构与主体地下结构相结合深基坑的复杂变形性状,因此本文采用三维有限元建模和大量的基坑实测数据分析并结合三个大型基坑工程的实践对上海地区支护结构与主体地下结构相结合的深基坑变形性状进行了系统的研究。主要内容包括如下几个方面: 1.对支护结构与主体地下结构相结合的深基坑建立了考虑土、围护结构、水平支撑体系和竖向支承系统共同作用的三维有限元模型;采用弹塑性的修正剑桥模型模拟基坑开挖过程中土体的非线性特性;基于面-面接触模型实现了连续墙与土体之间的接触算法,用以真实地模拟连续墙与土体的相互作用;进而实现了对基坑施工过程的仿真模拟。系统地分析了均质地层中支护结构与主体地下结构相结合深基坑开挖的变形行为、应力和应变行为及其空间效应。研究了墙体与土体之间设置接触面与否及接触面参数对基坑变形的影响。分析了修正剑桥模型各参数对基坑变形的影响。 2.在上海地区典型土层条件下,采用前面提出的三维有限元模型,对影响支护结构与主体地下结构相结合基坑的变形进行了系统的参数研究。研究了连续墙的厚度、水平支撑楼板的厚度、水平支撑楼板的竖向间距、悬臂开挖深度、坑底加固、基坑的长宽比及连续墙接头对基坑变形的影响。结合支护结构与主体地下结构相结合基坑的特点首次研究了工程中非常关心的出土口留设位置、盆式和岛式开挖、分块放坡开挖、工程桩的存在等因素对基坑变形的影响规律。探讨了在广泛的参数影响下基坑的变形特征变量包括连续墙的最大侧移、地表最大沉降、墙后土体最大侧移及坑底回弹的一般变化规律,得到了其变化范围的上限,并讨论了各变形特征变量的相互关系,从而为实测统计提供了理论支撑。 3.收集了上海地区315个基坑工程的详细资料,在对大量的基坑实测数据分析的基础上研究了支护结构与主体地下结构相结合深基坑的有关变形性状。给出了围护结构最大侧移的变化范围及平均值,对其影响因素如墙底以上软土厚度、围护结构插入比、支撑系统刚度、坑底抗隆起稳定系数、桩土面积比及首道支撑的位置进行了定量分析。给出了墙后地表最大沉降的变化范围及平均值、分析了墙后地表沉降的分布模式、建议了地表沉降包络线的方程。对影响地表最大沉降的因素进行了分析并与常规顺作法基坑进行了对比。分析了坑底回弹、墙顶及立柱竖向位移的变化范围及其相关规律。研究了上海地区连续墙类、灌注桩类、钢板桩类、SMW工法类、搅拌桩类及复合土钉类等常规顺作法基坑围护结构的变形规律,并将其与支护结构与主体地下结构相结合基坑的围护结构变形规律进行了对比,揭示了后者与常规顺作法基坑在变形规律上的异同。研究得到的有关变形的规律为基坑变形的预测提供了实用图表,可直接应用于上海地区深基坑工程变形的预测。 4.对由由国际广场、兴业银行大厦和上海铁路南站北广场三个采用支护结构与主体地下结构相结合深基坑工程的变形进行了实测研究。对实测结果的分析表明,围护结构各个测斜点在各个工况下的最大变形均在理论分析给出的范围之内,且平均最大侧移与理论研究得到的平均最大侧移吻合得很好,表明理论研究结果能较好地预测围护结构的最大变形。实测得到的墙后地表沉降、管线沉降和建筑物的沉降分布均位于理论研究得到的支护结构与主体地下结构相结合基坑的地表沉降包络线之内,表明该包络线可用来较好地预测基坑开挖对周边环境的影响。研究了基坑开挖引起的水平梁板支撑体系的沉降或回弹的分布规律及基坑变形的时间效应。分析了基坑开挖引致的周边建筑物的三维沉降形态。