基坑工程时空效应.ppt

课程内容（一）,绪论方案设计基坑的稳定、事故的分析基坑工程施工中的土工问题内力计算周围环境变形的计算基坑围护结构的设计要点,课程内容（二）,施工方法的选择时空效应规律时空效应施工工艺时空效应法施工参数基坑内地基加固深基坑施工各道工序可能出现的问题及处理方法,课程内容（三）,深基坑施工环境保护技术监测数据的判读、险情征兆、抢险措施信息化施工监控技术基坑工程的发展,研究生课程基坑工程总论 深基坑工程,第九课,时空效应的原理和施工方法,第一部分 概 述,日本某基坑工程（采用大面积注浆加固，图中为注浆设备）,新加坡某基坑工程（为保护距基坑22m的地铁隧道，采用2层2.5m厚的旋喷注浆满膛加固坑内土体）,Boston某基坑工程（为保护周围环境采用密集支撑）,国外为解决软土基坑周围的环境保护问题，常采用坑内满膛加固、设置密集支撑等方法，工期长，代价大。,在上海软土地区，若在基坑变形预测中不考虑软土流变特征，并在施工中缺乏及时有效的监控手段，基坑变形预测值和实测值会存在较大差异，给基坑周围环境保护带来很大的困难。,时空效应理论和方法的特征,时空效应理论和方法的最重要特征在于：在软土基坑变形的预测和监控中，定量地考虑施工因素的影响。,第二部分 时空效应的基本原理,上海软土流变试验曲线,1、应力水平越低、蠕变时间越短，流变位移越小；2、土体在排水固结条件下要比不排水条件下稳定。,通过对流变试验和大量相关研究，可以取得有关控制软土深基坑变形的几点重要启示：一、分层分块开挖能够有效地调动地层的空间效应，以降低应力水平、控制流变位移。二、减少每步开挖到支撑完毕的时间，即无支撑暴露时间，可明显控制挡墙的流变位移，这在无支撑暴露时间小于24小时效果尤其明显。三、解决软土深基坑变形控制问题的出路在于规范施工步序和参数，并将其作为实现设计要求的保证。,时空效应规律,当施工参数和地基土参数、支护结构参数一起被作为基坑变形预测的计算参数，就能合理准确地预测软土基坑周围地层位移。,长条形基坑施工工序和参数,车站端头井施工步序和参数,大宽度、不规则基坑施工工序和参数,主要施工参数1、开挖深度Hj2、开挖层数3、每层开挖厚度4、每步开挖尺寸5、每步开挖无支撑暴露时间,天然地基土参数：Cu，Ps,加固体参数：Cu，Ps,被动区加固,预留土堤,土堤,基坑挡墙,大宽度不规则基坑施工步序和参数,第三部分 工程应用,一、长条形基坑工程实例,地铁一号线徐家汇车站,(a)原设计开挖支撑方案,(b)优化后的开挖支撑方案,地铁二号线东方路车站(通过调整开挖空间和时限来减少变形),二、地铁车站端头井工程实例,第三层土方开挖中的变形增量减至3mm,开挖第二层土时东端墙最大水平位移增大至6mm超过了警戒值,调整施工参数控制地墙位移,地铁二号线人民公园车站,三、不规则基坑工程实例,新世界商厦剖面图,新世界商厦支撑平面图,新世界平面图,香港广场,车站及其周围环境示意图二,车站及其周围环境示意图一,地下连续墙施工期间东海大楼沉降,西,西,东,实施变形控制措施前的工况,该工况下东海大楼东西向沉降,变形控制措施之一优化开挖步序和开挖参数,原开挖步序和参数,调整后的西标段施工步序和参数挖土参数作以下调整：1、将运土通道移至超载较小的北面2、将西标准段的每小段开挖宽度由6m减少至3m，无支撑暴露时间减为16hrs，而东标准段因位移较小，仍维持原施工参数。,变形控制措施之一优化开挖步序和开挖参数,调整开挖参数前后的基坑挡墙变形计算值对比,157#地块基坑周围环境示意图,157#地块基坑周围环境示意图,基坑开挖参数示意图,预留土堤宽度10m每小段开挖宽度68m每小段在18小时之内开挖并支撑,研究生课程基坑工程总论 深基坑工程,2001年12月18日,第十课,时空效应方法的设计与计算,计算方法(经验公式、半理论半经验解析法、杆系有限元法、平面有限元法、三维有限元法)主要计算参数的取值(以土压力、被动抗力系数的取值为例)时空效应法的计算就是定量地考虑施工因素的影响的方法,基坑挡墙位移内力二维计算模型,PaRankine主动土压力Kh弹性计算条件下的被动抗力系数FPa实测土压力bKh等效水平基床系数q地面超载K水平土压力系数,基坑挡墙计算模型,支撑系统的计算模型,挡墙位移内力的三维计算模型,1、采用子结构方法和增量法，并考虑基坑挡墙和支撑系统的位移协调；2、为考虑时空效应规律，被动区抗力系数取值为abKh，其中bKh为二维计算中的等效水平基床系数，a则根据预留土堤宽度B确定。,基坑周围地层位移计算,运用上海经验公式，根据计算的基坑挡墙位移，可以预测墙后的纵向和横向地表沉降。,采用弹性平面有限元方法，并以计算的基坑挡墙位移为边界条件，可以预测墙后的地层位移场。,纵向沉降数值分析,弹性三维有限元方法可定性地预测大型基坑在不同开挖步序条件下的地层位移分布特征，其计算结果可作为确定合理的开步序的依据，以避免邻近保护对象在开挖过程中出现过大的差异沉降。,纵向沉降数值分析,纵向沉降的变化规律,计算参数的取值,土压力的取值,现场实测土压力,地铁2号线陆家嘴车站某断面实测土压力随工况变化图,侧压力系数随开挖深度的变化,水平侧压力系数K随开挖深度的变化图,侧压力系数随时间的变化,地铁1号线所得到的土压力与时间的关系图,DW4-51断面处各深度（h=4、6、8、10、12、14m)的土压力与位移的变化图,期货大厦测试断面的各深度（h=12、16、20m)土压力随位移的变化图,土压力实用取值方法,基坑保 土性 侧压力系数K 护等级 一级 软粘土 0.750.55 二级 软粘土 0.700.50 三级 软粘土 0.6250.45,由支撑轴力来估算主动土压力系数公式,Calculation formula of active earth pressure,5m 15m 计算 实测 比值 计算 实测 比值(Mpa)(Mpa)(Mpa)(Mpa)挖土至3m 0.03570.0347 0.97 0.136 0.131 0.96挖土至5m 0.056 0.0336 0.94 0.135 0.115 0.85挖至6.5m 0.0346 0.0321 0.92 0.135 0.108 0.80 放坡阶段 0.03470.0327 0.94 0.135 0.113 0.83,土压力计算值与实测值比较,孔隙水压力测值与由水位值计算出的静止水压力的平均值随工况变化的比较表 5m 15m 静水压值 孔压力值 比值 静水压值 孔压力值 比值(Mpa）(Mpa)(Mpa)(Mpa)挖土至4m0.03050.01650.470.1350.09690.71挖土至10m0.03390.01800.530.1340.09420.70挖土至14m0.03360.01750.520.1340.09190.68端头井浇底板0.03230.01770.540.1320.09290.70端头井浇中板0.03240.01820.520.1320.09410.71端头井浇顶板0.03300.01810.540.1330.09910.74标一段浇中板0.03420.01890.550.1340.1030.77标一段浇顶板0.03440.01940.560.1340.09830.73结构封顶后0.03760.02110.560.1380.1060.76,反算出的土压力项的侧压力系数 工况号 实测孔隙水压力 对应的实测土压力 反算出的Ks 5m深15m深5m深15m深 5m深15m深工况1（挖土深3m）0.03470.1360.063480.235170.580.69工况2（挖土深5m）0.03360.1150.056850.201750.470.61工况3（挖土深6.5m）0.03210.1080.052150.17950.400.50护坡阶段0.032170.1130.060070.18760.560.52,被动抗力系数的取值,实测被动区土压力,现场实测的被动土压力,现场实测的被动土压力,Kh值与时间的关系,Kh值与土性的关系,Kh值与开挖空间的关系,Kh值与地基加固的关系,天然土层的Kh 计算公式,加固土层的Kh 计算公式,设计与变形预测,基坑工程支护结构特性参数、地质特性参数（包括地基加固）以及施工参数的计算方法根据施工步序和施工参数，预测施工中可能出现停顿、超挖以及开挖宽度过大等等因素所引起的支护结构和地层位移的动态设计计算模型,上海广场开挖顺序及支撑平面图,157#地块基坑施工期间 东海商都沉降,实测数据证明，土压力随基坑开挖进程、基坑挡墙位移而变化。因此在考虑时空效应的基坑变形计算中，主动区土压力取开挖阶段的土压力，并根据基坑保护等级（即挡墙最大位移）取值。,离心模型试验中的地表沉降曲线,基坑周围位移场的实测,实测位移场,基坑周围位移场的计算公式,