欢迎来到360期刊网
360期刊网
客服电话:4006-587-789 客服在线时间:09:00~22:30(节假日不休息) 客服邮箱:360qikan@vip.163.com
当前位置: 首页 > 论文范文 > 理工论文 >

SMW工法深基坑工程位移沉降分析

时间:2018-02-01 15:08来源:未知 作者:360期刊网 点击:

  SMW工法深基坑工程位移沉降分析

  王志文,陈志波,杨建学

  (1.福州大学环境与资源学院资源与城乡建设系,福州 350108;2.福建省交通规划设计院,福州 3500043.福建省建筑科学研究院,福州350025)

  摘要:对某深基坑工程开挖施工期间基坑内外位移、沉降、支撑内力、地下水位等监测分析,研究表明:土体的深层水平位移随开挖深度的增加而增大,且与内支撑密度密切相关;基坑坡顶水平位移、坡顶沉降及土体深层水平位移三者变化规律相同,可互相验证;基坑北侧的地表沉降曲线呈凹槽形分布,基坑南侧的地表沉降曲线呈三角形分布;基坑周边地表沉降情况受地下水位变化影响,且具有一定滞后性;台风降雨对于基坑内支撑的轴力及基坑变形影响很大。

  关键词:基坑工程;SMW工法;监测;支撑;位移

  中图分类号:TU473 文献标识码:B 文章编号:1004-3152(2017)05-0563-05

  1.引言

  近年来,地下空间的开发日益普遍,基坑工程朝着大、深、多方向发展。深基坑开挖必然会对周边环境产生影响,软土层、砂层等地质条件都是基坑工程设计及施工时必须重视的难点。众多学者对深基坑开挖工程展开了分析,得到了一系列研究成果。如刘润通过有限元分析,认为支护结构的变形与支撑位置的选取存在一定联系。王卫东‘s1统计分析了上海软土地区35个深基坑实测数据,总结出该区域深基坑墙后地表变形变化规律,发现最大地表沉降与围护墙的插入比及支撑系统刚度的关系不大。李钊等对深厚砂土层的深基坑分析表明,基坑支护结构体系最大内力在基坑中底部的砂层底面处附近出现。徐飞等对黄河冲积平原地区超大基坑的围护结构变形、地表沉降和锚索轴力的变化规律进行了统计分析。聂宗泉等‘83在对大量实测资料分析处理的基础上,就柔性支护软土深基坑地表位移的大小及分布规律进行了研究,并给出了围护墙后偏态分布的地表竖向位移表达式。

  近年来,新型水泥土搅拌桩墙(SMW工法)作为一种新兴支护结构,以其对周围环境影响小、止水性能好等优点被推广应用于建筑基坑、隧道、船坞等各类工程中。SMW工法由于在水泥土桩中插入了型钢,将承受荷载与防渗挡水结合起来,使之同时具有受力与抗渗两种功能;如加上型钢回收,其成本也远低于地下连续墙,因而具有较大发展前景。

  目前,学者们主要针对SMW工法的施工关键技术、型钢起拔、工作井土体反力和型钢一水泥土组合梁抗弯性能等进行分析研究,得到了一些成果。以福州地区某SMW工法深基坑支护工程为例,通过对其开挖过程基坑内外土体位移、沉降,支护结构应力变形等项目进行追踪监测和分析,探讨福州地区厚砂层地基SMW工法基坑工程施工过程中若干环境岩土问题,为SMW工法在基坑围护结构中的应用提供参考。

  2.工程概况

  本基坑开挖深度为9.2~11.1m,基坑周长为380m,基坑底板坐落于中砂层上。由于本工程临近建筑物及道路,且场地内存在深厚中砂层,要求基坑施工所引起的变形在合理范围内,并减小其对周围环境影响,故基坑支护采用“H型钢桩+1道钢筋混凝土内支撑”的支护形式,内支撑在标高-4.65m处架设,支护桩采用HN700mm×300mm×13mm×24mm型钢,上部2.0m范围放坡或采用砖墙支护,基坑止水措施采用

  拌桩进行止水,搅拌桩桩长20m。基坑开挖范围内布设深井井点以降低地下水位,确保在较厚的强透水中砂层中的土方开挖和地下室施工的顺利完成。

  场地内自上而下主要分布有杂填土、中砂和淤泥质土等,各土层物理力学参数。基坑平面布置及位移沉降观测点。

  3.基坑位移沉降分析

  根据基坑工程概况,分为以下六步工况进行分析:(1)7月7日,基坑支撑架设完毕;(2)7月24日,基坑开挖至-6m处;(3)8月5日,基坑开挖至-8m处;(4)8月19日,基坑底板开始浇筑;(5)9月2日,底板浇筑14 d;(6)9月16日,底板浇筑28d。3.1土体侧向位移基坑土体深层水平位移随深度变化曲线图。可以看出,基坑土体深层水平位移随开挖深度的增加逐渐加大,水平位移最小点基本位于基坑底部,在深度3.5m左右处有明显的弯曲变化;基坑角点位置的土体水平位移量小于其他位置;由于浅1部主要采用厚砖墙、喷射混凝土面层等方式,基坑浅部水平位移变化曲线主要呈悬臂状;支撑密度较大的位置,土体水平位移量有所减少,但对于不同的支撑密度,土体深层位移变形曲线呈现不同的变化情况,当支撑密度大时呈“鼓肚”形,支撑密度小时呈线性变化。同时,支撑密度还影响土体深层位移的最大值分布位置,在支撑密度较大的点位(C2、C3、C4、C9、Cll)最大位移位于深度11m左右,支撑密度较小的点位最大位移一般接近地表。

  (a)。该处纵向内支撑作用明显,基坑浅部水平位移值为负值。最大水平位移值主要出现在深度12m左右,这说明“H型钢桩+1道钢筋混凝土内支撑”的组合支护形式在该侧基坑开挖过程中起到了很好的作用。

  基坑东侧土体深层水平位移量较大(b)、(c)。主要原因是该侧中段开挖较深。C6最大水平位移为61. 80mm,位于2m深度处,该值超过报警值,由于C6点位于内支撑钢结构边缘处,内支撑对其作用较小,基坑开挖超深。C7深部土体侧向位移呈现悬臂状态,主要由于基坑内支撑与支护结构未贴紧,并受C6处超挖影响。

  基坑南侧土体深层水平位移(d)、(e)所示,C8最大水平位移为58. 56mm,深度为Im,原因是处于支撑结构边缘,内支撑作用较小,开挖速率过快。通过及时在基坑内被动区堆土反压,土体水平位移得到控制;Cll在深度10m出现突变点,分析原因是该点位底板浇筑不均匀,存在缺陷。

  3.2基坑坡顶水平位移及沉降

  基坑坡顶水平位移量随时间变化曲线。随着基坑开挖,基坑坡顶水平位移逐渐增大,但在底板浇筑完成后位移趋于稳定。整体而言,由于基坑东侧中段开挖深度为11.1m,且中部内支撑作用较小,水平位移量较大(S6测点);基坑北侧围护结构及内支撑密度相对较好,水平位移量较小(S2测点)。

  基坑北侧各测点开挖初期水平位移有减小的现象,主要由于基坑内支撑的架设导致坡顶产生向坑外的水平位移。S7测点最大水平位移值为42mm,主要是由于该测点开挖深度较深、内支撑作用小。支撑密度较低的测点(S9等)水平位移随开挖深度加深而逐渐增大,在基坑底板浇筑后位移量逐渐降低,最后趋于稳定。

  基坑坡顶沉降量随时间的变化曲线,在开挖初期沉降缓慢,随着开挖的进行,沉降量明显增大,底板浇筑(8月19日)之后,沉降速率变缓并最终趋于稳定。另外,从观测数据可以看出,东侧中部由于开挖深度较深,开挖土方量较大,土体压力释放导致东侧的整体沉降普遍略大,最大沉降量为31.38mm(Jll点)。

  3.3邻近建筑物及道路沉降

  邻近建筑物主要位于基坑北侧,道路监测点主要位于基坑西侧和南侧。从基坑开挖期间建筑物沉降随距离变形曲线图可知,基坑北侧地表沉降曲线可近似为凹槽型,由西向东最大沉降量逐渐增大,且凹槽中心位置向坑外移动。这是由于基坑北侧的西段到东段支撑密度逐渐降低导致。从道路地表沉降随距离变化曲线图可知,基坑南侧地表沉降曲线近似呈三角形分布,离基坑越近沉降量越大,主要是由于基坑南侧支撑密度较小。

  3.4支撑内力

  根据监测数据,随着基坑开挖的进行,支撑轴力逐渐增大,然后趋于平稳。但在8月30日到9月6日期间,整体支撑轴力突然增大,支撑梁钢筋计累计轴力变化最大值为36. 49 MPa(M3 -B-l),究其原因,是台风伴随暴雨天气,土水压力增大导致。台风之后,支撑轴力回降,最后趋于稳定。

  3.5地下水位

  水位标高随时间变化曲线图。本基坑在开挖施工过程中地下水位控制合理,并在开挖完成后,恢复至初始水平,说明本基坑的深井降水体系效果较好。结合基坑及其周围沉降可以发现,7月15日到8月30日期间,由于井点降水,水位下降较快,该段时间内基坑沉降量增长也较快,但存在一定的滞后性,水位平稳后沉降量变化也趋于稳定。表明在基坑降水较快时,应加强对基坑周围地表沉降的监测。

  4.降雨影响及位移沉降相关性分析

  4.1 降雨对基坑的影响

  本基坑在开挖进程中共经历3次较大规模的降雨。7月14日~20日的持续降雨使部分土体深层水平位移(C5、C9、Cll、C13、C14)发生明显变化;S6、S7均发生了较大的沉降,尤其是道路点DJ8发生急剧沉降;同时支撑轴力也有明显的增加。7月25日~26日的降雨天气对C8点位土体深层水平位移有一定影响,与此同时,在其附近的沉降点(S9、Sl0)也有10mm以上的沉降发生。8月30日台风暴雨天气,强降雨及气温骤降导致内支撑轴力急剧加大;由于底板已浇筑十余天,开挖工作结束,故其他方面影响较不明显。

  因此在基坑开挖过程中,降雨尤其是强降雨、连续降雨对基坑内外位移及沉降影响显著;同时,对基坑内支撑轴力产生不利影响。

  4.2基坑位移沉降相关性分析

  基坑坡顶最大水平位移量与最大土体深层水平位移随测点的变化曲线。从图中可以看出,坡顶最大水平位移与最大土体侧向位移的变化规律相似。此外,除基坑北侧上部2m采用放坡支护外,其余采用桩墙支护的点位其基坑坡顶最大水平位移都小于土体深层最大水平位移,两者比值介于0.38~0.8,平均值为0.62。且随着支撑密度的减少,土体深层水平位移与坡顶最大水平位移的差值加大。因此,内支撑密度对于基坑水平位移影响显著。

  基坑坡顶最大沉降量与最大水平位移关系图,基坑坡顶的沉降量、水平位移量及土体深层水平位移之间变化规律相同。在实际基坑开挖过程中,三者可以相互验证,或由其中一方监测数据预估其他两者的变化趋势。

  5.结论

  (1)基坑开挖的过程中,基坑坡顶水平位移、沉降及土体的深层水平位移与内支撑密度密切相关。不同的支撑密度,土体深层位移变形曲线呈现不同的变化情况(线性、鼓肚),当支撑密度小时土体深层位移变形曲线呈抛物线形,密度大时呈‘!鼓肚”形;同时,支撑密度还影响土体深层水平位移最大值的分布位置。

  (2)基坑中个别区域开挖深度的加深,会对一定范围内的位移及沉降产生不利影响。基坑周边地表沉降情况受地下水位变化影响。当地下水位下降较快时,沉降也发展较快,具有一定的滞后性。基坑北侧的地表沉降曲线呈凹槽性分布,基坑南侧的地表沉降曲线呈三角形分布。

  (3)降雨对基坑变形及地下水位的影响较大,尤其是持续降雨和台风暴雨。同时,降雨、温差等外界条件对于基坑内支撑的轴力影响很大。因此天气变化时,应注意基坑变形的监测密度,及时掌握支撑轴力变化情况,做好防范应急措施。

  参 考 文 献

  [1]龚晓南.关于基坑工程的几点思考[J].土木工程学报,2005,38(9):99-102.

  [2]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

  [3]张忠苗.桩基工程[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

  [4]刘润,闫 碉,闫澍旺.支撑位置对基坑整体稳定性的影响[J].岩石力学与工程学报,2006,25(1):174-178.

  [5]王卫东,徐中华,王建华.上海地区深基坑周边地表变形性状实测统计分析[J].岩土工程学报,2011,33(11):1659-1666.

  [6]李钊,刘庭金.深厚砂层下深基坑施工的实测分析[J].地下空间与工程学报,2013,9(S1):1688-1693.

  [7]徐飞,王渭明,张乾青,等,黄河冲积平原地区超大型深基坑开挖现场监测分析[J].岩土工程学报,2014,36(S2):471-478.

  [8] 聂宗泉,尚 根,孟少平,软土深基坑开挖地表沉降评估方法研究[Jl.岩土工程学报,2008,30(8):1218-1223.

  [9]史佩栋,桩基工程手册[M].北京:人民交通出版社,2012.

  [10]马郧,徐光黎.SMW+水泥土桩锚结构在基坑工程中的应用[J].地下空间与工程学报,2013,9(4):934-938.

  [11]张忠苗,赵玉勃,吴世明,等,过江隧道深基坑中SMW工法加钢支撑围护结构现场监测分析[J].岩石力学与工程学报,2010,29(6):1270-1278.[J].岩土工程学报,2012,34(S):590-594.

  [12]黄振瑜.SMW工法止水帷幕在船坞工程中的应用[J].水运工程,2015(4):205-208.

  [13] 张亚君.大直径SMW工法设计与施工关键技术分析[J].现代隧道技术,2013(3):153-157.

  [14]张冠军.SMW工法型钢起拔试验研究及应用[J].岩石力学与工程学报,2002,21(3):444-448..

  [15]陈春来,魏纲,陈华辉.矩形SMW工法工作井土体反力计算方法的研究[Jl.岩土力学,2017,28(4):769-773.

  [16]顾士坦,赵同彬.SMW工法型钢一水泥土组合梁抗弯性能分析[J].岩土力学,2017,28(S):673-676.

 本文由360期刊网整理发布,如果还有更多工程类论文发表问题可以免费咨询我们线上的资深编辑!

在线投稿