（巖土工程專業(yè)論文）基于變形控制的基坑支護設(shè)計研究.pdf

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 隨著我國改革開放和經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，城市地下空間的開發(fā)利用已經(jīng)成 為各大型城市的熱點，而地下空間的開發(fā)利用基本上都是與基坑開挖相聯(lián)系的。 由于受到周圍環(huán)境的限制，必須防止基坑開挖過程可能引起周圍建筑的變形。目 前基坑開挖設(shè)計已逐步由強度控制轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃慰刂疲绾斡行Э刂苹幼冃?，?基坑工程既安全又合理，是人們一直探索的課題。在進行變形控制設(shè)計中，變形 預(yù)測分析是基礎(chǔ)，而尋找能準確計算支護結(jié)構(gòu)位移的基坑工程設(shè)計方法，是問題 的關(guān)鍵。但是，當(dāng)前在設(shè)計數(shù)據(jù)和模型的選取、參數(shù)的準確與可靠性等方面和工 程的要求還有差距，有待進一步完善?；谶@些問題，本文采用綜述比較、理論 分析、計算模擬等方法，對基坑支護變形控制設(shè)計理論進行初步的研究，本文的 主要工作為： ( 1 ) 詳細研究了基坑工程發(fā)展現(xiàn)狀，綜述了基坑支護設(shè)計常用設(shè)計方法，分 析各種設(shè)計理論的適用性。 ( 2 ) 選取d r u c k e r - p r a g e r 理想彈塑性本構(gòu)模型采用二維連續(xù)介質(zhì)有限元法對 支護樁的水平位移做預(yù)測分析并結(jié)合工程的實測位移資料檢驗計算結(jié)果的可靠 性。 ( 3 ) 并對變形控制理論作了初步的概括與總結(jié)，基于變形控制為主線，結(jié)合 工程實例中應(yīng)用的一些變形控制的設(shè)計、施工措施，通過支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算來驗 證所采用措施的可行性。 關(guān)鍵詞：基坑支護施工監(jiān)測變形預(yù)測變形控制 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t w i t ht h ec h i n e s ee c o n o m yg r o w i n ga taf a s tp a c e ，u t i l i z i n gu n d e r g r o u n ds p a c e h a sb e c o m ean e wf o c u sf o rm u n i c i p a ld e v e l o p m e n t ，i tf u n d a m e n t a l l yr e l a t e sw i t h e x c a v a t i o no ft h ef o u n d a t i o np i t ，d u et ot h el i m i t a t i o n o ft h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n t ， c u r r e n te x c a v a t i o nd e s i g nh a sg r a d u a l l ys h i f t e df r o ms t r e n g t hc o n t r o lt od e f o r m a t i o n c o n t r 0 1 h o we f f e c t i v e l yc o n t r o ld e f o r m a t i o no ff o u n d a t i o np i ta n dm a k ef o u n d a t i o n p i te n g i n e e r i n gs a f ea n ds t a b l e ，ist h et a s tt h a tp e o p l ea l w a y sp r o b e d s i g no n d e f o r m a t i o nc o n t r o l l i n gm u s tb eb a s e do na n a l y s i so fd e f o r m a t i o nf o r e c a s t t h ek e y t ot h ep r o b l e mi si t i sn e c e s s a r yt of i n da na p p r o a c ht oc a l c u l a t ed e f o r m a t i o no f s u p p o r t i n gs t r u c t u r ei nd e e pf o u n d a t i o np i t c u r r e n t l yt h ea c c u r a c ya n dr e l i a b i l i t y o fd e s i g nd a t a 、m o d e la n dp a r a m e t e rn e e df u r t h e rr e s e a r c h e s d i f f e r e n tm o d e ls e l e c t i o n w i l lt os o m ee x t e n ti m p a c to np r e d i c t i o nr e s u l t sf o rt h e s ep r o b l e m s ，t h ea r c t i c l ew i l l a d o p tc o m p r e h e n s i v ed e s c r i p t i o na n dc o m p a r i s o n ，t h e o r ya n a l y s i sa n dc o m p u t a t i o n a l s i m u l a t i o nt oh a v eap r e l i m i n a r yr e s e a r c ho nd e f o r m a t i o nc o n t r o l l i n go fs u p p o r t i n g s t r u c t u r ei nd e e pf o u n d a t i o np i t m a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) d e e pf o u n d a t i o np i te x c a v a t i o na n ds u p p o r t i n gi sd i s c u s s e di nd e t a i l ， g e n e r a ld e s i g nm e t h o d sf o rf o u n d a t i o n p i ts u p p o r t i n gd e s i g n a r ea l s o s u m m a r i z e d ，a n a l y z et h ea p p l i c a b i l i t yo fd i f f e r e n td e s i g nt h e o r i e s ( 2 ) a r c t i c l ec h o s e sd r u c k e r p r a g e ri d e a l e l a s t o p l a s t i cm o d e lt of o r e c a s t d e f o r m a t i o no fs u p p o r t i n gp il e b yu s i n gt w od i m e n t i o n a lc o n t i n u o u s m e d i u m f i n i t e e l e m e n tm e t h o d ，t h e nu s et h ee n g i n e e r i n gp r o j e c t sa n dt h et e s t i n gd a t at oc h e c kt h e r e l i a b i l i t yo fc a l c u l a t e dr e s u l t s ( 3 ) a n a l y s i sv a r i o u sc o m m o nd e s i g nm e t h o d so ff o u n d a t i o np i t ，m e a n w h i l e ，g e t p r e l i m i n a r yg e n e r a l i z a t i o na n ds u m m a r i z eo fd e f o r m a t i o nc o n t r o lt h e o r y t a k i n g d e f o r m a t i o nc o n t r o lt ob em a i nli n e i nc o m b i n a t i o ns o m eo fd e f o r m a t i o nc o n t r o la n d d e s i g nm e a s u r e sw i t hp r o j e c te x a m p l e ，v e r i f yi t sf e a s i b i l i t y t h r o u g hd e s i g n c a l c u l a t i o no fs u p p o r t i n gs t r u c t u r e k e yw o r d s ：f o u n d a t i o np i ts u p p o r t i n g c o n s t r u c t i o nm o n i t o r i n g d e f o r m a t i o np r e d i c t i o nd e f o r m a t i o nc o n t r o l i i 湘彬j 案大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取 得的研究成果。除文中已經(jīng)標明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng) 發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體，均己在文中以明確方 式標明。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：佗缸綽 日期： 如a 8 年亨月z 貊 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留 并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授 權(quán)湖北工業(yè)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采 用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 學(xué)位論文作者簽名：位血i 傴 日期：弘返年s 月2 8 日 懶：f 可哆 日期：2 0 。8 年s 月1 8 日 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章前言帚一早刖苗 1 1 選題依據(jù)與研究目的 目前，我國城市化建設(shè)進入了一個快速發(fā)展時期，城市的數(shù)量、規(guī)模以及人 口都有了巨大的增長。面對城市化建設(shè)日益發(fā)展和城市土地資源日趨緊張的矛盾， 人們不得不向地上和地下空間發(fā)展。但無論是向上還是向下發(fā)展利用空間，都必 然帶來大規(guī)模的基坑工程。高層建筑的建造，大型市政和城市軌道交通中地下車 站的施工及大量地下空間的開發(fā)，伴隨而來的是深基坑工程大量涌現(xiàn)，并且具有 以下顯著特征： ( 1 ) 基坑工程正向大深度、大面積方向發(fā)展，有的長度和寬度均超過百余米， 工程規(guī)模日益增大； ( 2 ) 基坑工程大多位于鬧市區(qū)，施工場地狹窄，場區(qū)周圍常有大量的相鄰建筑， 地下常常埋設(shè)了大量的城市市政設(shè)施，對基坑穩(wěn)定和變形控制的要求很嚴； ( 3 ) 設(shè)計方案眾多，地區(qū)性特點突出?；又ёo方法眾多，如重力式擋上墻， 板樁墻，地下連續(xù)墻，樁錨支護，土釘墻等等。各地地質(zhì)條件差異較大，采用的 基坑支護方法具有較強的地區(qū)特點； ( 4 ) 基坑工程包含支撐、圍護、防水、降水、土方開挖等多方面，且這幾方面 緊密相聯(lián)系，其中的某一環(huán)節(jié)失效將導(dǎo)致整個工程的失??； ( 5 ) 深基坑工程屬于地下工程，由于場區(qū)的工程地質(zhì)，水文地質(zhì)條件具有復(fù)雜 性，不均勻性，巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)變化比較大，造成了勘察所得的數(shù)據(jù)離散 性很大，難以代表土層的總體情況，并且精度較低，同時由于巖土體的物理力學(xué) 性質(zhì)會隨著施工的進行而發(fā)生變化，這就加大了基坑工程設(shè)計和施工的難度。 在深基坑工程建設(shè)迅速發(fā)展的同時，深基坑支護設(shè)計與施工成為了我國各大 城市基本建設(shè)工程中的重要關(guān)鍵問題?；邮鹿室差l繁發(fā)生：根據(jù)基坑工程事故 的統(tǒng)計分析，基坑工程事故占基坑總數(shù)的1 4 以上【l 】，事故主要表現(xiàn)有以下兩方面 的問題：一是深基坑支護體系失穩(wěn)；二是基坑變形超出了周邊環(huán)境的承受范圍， 引起周圍環(huán)境的顯著變化，使得基坑周邊的建筑設(shè)施發(fā)生破壞，道路出現(xiàn)裂縫， 甚至地下管線變形斷裂，造成嚴重的后果。因此，基坑支護結(jié)構(gòu)除滿足自身強度 要求外，還須滿足變形要求，將基坑周邊土體的變形控制在允許范圍之內(nèi)，保證 基坑周圍的建筑物和管線的正常使用要求。 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 當(dāng)前，深基坑工程由傳統(tǒng)的強度控制設(shè)計向變形控制設(shè)計轉(zhuǎn)變，尤其是在軟 土地區(qū)，強度控制設(shè)計己不能滿足基坑工程的需要。如何根據(jù)場地的工程地質(zhì)條 件，環(huán)境條件，制定合理的支護設(shè)計方案，在保證基坑穩(wěn)定性的前提下，以變形 控制為目標，設(shè)計安全合理的支護方案，使得支護體系與周邊環(huán)境對基坑變形的 要求相適應(yīng)，已成為基坑支護設(shè)計的發(fā)展趨勢【引。 本文正是基于這一指導(dǎo)思想，以變形控制為主線，對變形控制設(shè)計理論作初 步的探討。 1 2 該領(lǐng)域研究現(xiàn)狀 1 2 1 深基坑支護結(jié)構(gòu)類型 目前，我國的支護技術(shù)在借鑒國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多年的發(fā)展，提 出了多種支護形式應(yīng)用于各種不同的工程項目中。盡管形式眾多，但工程界一直 沒有統(tǒng)一的分類標準，以下從幾個方面對支護結(jié)構(gòu)進行簡單分類。 ( 1 ) 根據(jù)支護結(jié)構(gòu)的受力特點來分，主要有：重力式擋土結(jié)構(gòu)、墻板式支護 結(jié)構(gòu)( 包括地下連續(xù)墻、板樁及樁板) 、排樁式支護結(jié)構(gòu)、錨桿支護結(jié)構(gòu)、土釘支 護及噴錨支護。 ( 2 ) 根據(jù)減小基坑側(cè)移變形的方法，可將支護結(jié)構(gòu)分為撐式支護和錨式支護 兩種。撐式支護是在坑內(nèi)設(shè)置一道或幾道鋼管或鋼筋混凝土支撐，以達到增強支 護結(jié)構(gòu)整體剛度和穩(wěn)定性的目的；錨式支護則采用一道或幾道錨桿或錨索的拉結(jié) 來增強支護體系的穩(wěn)定性，減小支護結(jié)構(gòu)的變形。 ( 3 ) 從被支護土體的作用機理，可將支護分為被動支護( 亦稱外部支護、支 擋式支護) 和主動支護( 亦稱內(nèi)部支護、加固型支護) 兩種。前面所述的重力式擋土 結(jié)構(gòu)、墻板式支護結(jié)構(gòu)、排樁式支護結(jié)構(gòu)屬于外部支護，被支護土體被視為作用 于擋土結(jié)構(gòu)的主要荷載；錨桿支護、土釘支護及噴錨支護等屬于內(nèi)部支護，被支 護土體既是荷載也是承載結(jié)構(gòu)的一部分。 通常，土釘支護、錨噴支護、重力式擋墻等多用于土質(zhì)較好、開挖深度不超 過6 m 的基坑，樁排支護、板樁支護、地下連續(xù)墻支護等多用于上質(zhì)較差、開挖 深度超過6 m 的深基坑。另外，各種方法也可組成復(fù)合式支護方法。表1 1 列出了 一些常見基坑支護結(jié)構(gòu)類型。 基坑的支護結(jié)構(gòu)主要承受基坑開挖卸荷所產(chǎn)生的土壓力和水壓力，是穩(wěn)定基 坑的一種臨時支擋結(jié)構(gòu)。支護結(jié)構(gòu)的選型應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況，基坑開挖深度，周圍 環(huán)境要求，工程功能，當(dāng)?shù)氐某Ｓ檬┕すに囋O(shè)備以及經(jīng)濟技術(shù)條件綜合考慮，因 2 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 地制宜地選擇支護結(jié)構(gòu)類型。支護結(jié)構(gòu)選型還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的空問效應(yīng)和受力特點， 采用有利于支護結(jié)構(gòu)材料受力性狀的型式。 針對不同的基坑工程狀況，其支護結(jié)構(gòu)在設(shè)計時應(yīng)綜合考慮，其選擇依據(jù)一般包 括【q ： ( 1 ) 基坑的幾何尺寸，基坑場地的形狀，深度和寬度； ( 2 ) 支護結(jié)構(gòu)所受的土壓力，地面超載等； ( 3 ) 基坑范圍及周邊的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，包括勘察資料，勘察數(shù)據(jù)， 測試方法，力學(xué)參數(shù)及試驗方法，地下水情況及其分布等： ( 4 ) 環(huán)境條件，基坑所在地及周圍的地區(qū)性質(zhì)、基坑周圍建筑物狀況、公用 表1 1 常見基坑支護結(jié)構(gòu)的適用條件及特點 3 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 設(shè)施分布及地下構(gòu)筑物管線狀況、交通狀況及道路狀況、周邊水域狀況以及周 邊環(huán)境對施工振動、位移的承受能力等： ( 5 ) n 家及地區(qū)現(xiàn)行有關(guān)的設(shè)計、施工技術(shù)規(guī)范、規(guī)程； ( 6 ) 相似基坑工程的成熟經(jīng)驗；地方經(jīng)驗等。 1 2 2 深基坑支護設(shè)計研究 基坑工程是基礎(chǔ)和地下工程施工中的一個古老而又有時代特點的巖土工程課 題，同時又是一個綜合性的巖土工程難題，既涉及到土力學(xué)中典型強度問題，又 包含了變形問題，同時還涉及到土與支護結(jié)構(gòu)的共同作用問題。對于這些問題的 認識及其對策的研究，是隨著土力學(xué)理論、計算技術(shù)、測試儀器以及施工機械、 施工工藝的進步而逐步完善的。 放坡開挖和簡易木樁圍護可以追溯到遠古時代，人類土木工程活動促進了基 坑工程的發(fā)展。隨著我國城市化的進程不斷加速，對地下空間的利用也愈加重視。 特別是到了本世紀，隨著高層和超高層建筑的發(fā)展，以及人們對地下空間的開發(fā) 和利用日益增多，基坑工程不僅數(shù)量增多，而且向更大、更深的方向發(fā)展。由于 大量的基坑工程集中在市區(qū)，施工場地狹小，施工條件復(fù)雜，基坑圍護體系不僅 要保證基坑及圍護結(jié)構(gòu)本身的安全，而且還要保證周圍建筑物和市政設(shè)施的安全 以及正常使用，也就是說基坑還存在著環(huán)境效應(yīng)的問題。因此對基坑工程的要求 越來越高，出現(xiàn)的問題也越來越多。由此促進了基坑開挖技術(shù)的研究與發(fā)展，產(chǎn) 生了許多先進的設(shè)計計算方法和施工工藝。 從8 0 年代初開始我國逐漸深入深基坑設(shè)計與施工領(lǐng)域，為保證基坑工程施工 的安全，中國建筑科學(xué)研究院、建設(shè)部及各地方建委組織有關(guān)專家編寫了巖土 工程勘察規(guī)范【3 1 、建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程【4 】等，許多地方行政主管部門出臺 了相關(guān)的基坑支護的強制性規(guī)定。不少專家針對基坑工程現(xiàn)狀，相繼提出了各自 的新理論和新方法，如王步云提出的土釘設(shè)計王步云法【5 1 ，秦四清提出的支護結(jié)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計理論【6 】，以及其他學(xué)者提出的有限元分析理論【川們、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測支 護系統(tǒng)變形理論【1 1 川4 j 等。另外，同濟啟明星科技公司推出的“啟明星基坑支護分 析計算軟件 ，北京理正軟件公司推出的“理正深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件”，北京 中航勘察設(shè)計研究院推出的“大力神軟件，武漢中南勘察設(shè)計院推出的“天漢 等商業(yè)化軟件已在各地深基坑工程中得到廣泛應(yīng)用。 1 2 3 變形控制設(shè)計理論 對基坑支護結(jié)構(gòu)來說，其工作的極限狀態(tài)有兩種，一是強度破壞狀態(tài)，即支護 4 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 結(jié)構(gòu)的強度破壞：二是失效狀態(tài)，即支護結(jié)構(gòu)強度尚未破壞，但由于變形過大，而使 支護體系失去了實際意義或由于變形過大而對周圍環(huán)境造成了一定程度的危害。 因此，變形控制設(shè)計的基本思想就是在支護結(jié)構(gòu)滿足強度的前提條件下，尚需滿足 使用要求，即基坑在施工過程中，既要保證安全、不失穩(wěn)，又要保證對周圍環(huán)境不造 成破壞性影響【l5 1 。 從技術(shù)發(fā)展的角度來講，基坑設(shè)計正在經(jīng)歷由強度控制設(shè)計向變形控制設(shè)計 過渡的階段【1 6 】。變形控制沒有引起重視的原因有兩個方面：( 1 ) 常規(guī)設(shè)計方法對支 護結(jié)構(gòu)及基坑周圍土體的變形不能給出相應(yīng)的解答，變形控制無從談起；( 2 ) 早期 的基坑規(guī)模小，開挖深度淺，周邊環(huán)境條件簡單，周邊建( 構(gòu)) 筑物和管線少， 土壓力問題與基坑變形分析影響程度??；但目前的基坑越來越深，周邊環(huán)境條件 越來越嚴峻，這也是將變形控制提上日程的主要原因。 張欽喜【1 7 】等深入探討了變形控制設(shè)計，提出了變形控制設(shè)計的基本思想：支 護結(jié)構(gòu)在滿足強度要求的前提下，尚需滿足其使用要求。即基坑在施工過程中既 要保證其安全、不失穩(wěn)，又要保證其對周圍環(huán)境不造成破壞性的影響；作者還對 變形控制設(shè)計的基本內(nèi)容和變形控制標準進行了討論。 劉建航、候?qū)W淵【l8 】將基坑變形控制標準分為4 個保護等級。 李云安、葛修潤等 1 9 - 2 0 】深入探討了影響基坑變形的多種實質(zhì)性狀態(tài)變量，給 出了影響基坑變形的主要因素，并將其作為在變形控制的重要內(nèi)容，編制了有限 元模擬程序，取得了一定成果。 1 3 存在的問題 ( 1 ) 目前的基坑工程設(shè)計中，大多是采用強度控制，對基坑變形考慮較少。但 對于許多基坑工程來說，并不是僅僅需要足夠的承載能力，而還應(yīng)控制變形，保 證基坑的建筑、道路、管線等的正常使用。如何預(yù)測基坑變形，如何在設(shè)計中將 基坑變形控制在一定的范圍，這方面的研究工作急待深入。 ( 2 ) 現(xiàn)在的設(shè)計計算方法將土壓力作為一個確定荷載作用在支護結(jié)構(gòu)上，其值 和分布規(guī)律不隨支護結(jié)構(gòu)的變形而發(fā)生變化，沒有考慮到土與結(jié)構(gòu)的相互作用， 這種假定和工程實際是不符合的。 ( 3 _ ) 土與結(jié)構(gòu)相互作用方面的研究還不夠深入，如何考慮支護結(jié)構(gòu)剛度、土體 剛度等對基坑變形、土壓力的影響等，都是基坑工程設(shè)計工作中急待解決的問題。 ( 4 ) 數(shù)值模擬技術(shù)在基坑工程中得到了廣泛的運用，但分析的結(jié)果大多與實際 工程有較大出入，還只能僅僅作為一個參考。如何通過對實測資料的分析來確定 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 計算參數(shù)，使得計算結(jié)果與實際情況較為吻合，以預(yù)測下一個工況的內(nèi)力和變形 或者相類似的基坑工程的內(nèi)力和變形。這方面也需要進一步的研究和經(jīng)驗的積累。 4 本文的主要工作 隨著我國改革開放和經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，城市地下空間的開發(fā)利用已經(jīng) 成為各大型城市的熱點，而地下空間的開發(fā)利用基本上都是與基坑開挖相聯(lián)系的。 由于受到周圍環(huán)境的限制，必須防止基坑開挖過程可能引起周圍建筑的變形。目 前基坑開挖設(shè)計己逐步由強度控制轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃慰刂?，如何有效控制基坑變形，?基坑工程既安全又合理，是人們一直探索的課題。在進行變形控制設(shè)計中，變形 預(yù)測分析是基礎(chǔ)，而尋找能準確計算支護結(jié)構(gòu)位移的基坑工程設(shè)計方法，是問題 的關(guān)鍵。但是，當(dāng)前在設(shè)計數(shù)據(jù)和模型的選取、參數(shù)的準確與可靠性等方面和工 程的要求還有差距，有待進一步完善?；谶@些問題，本文采用綜述比較、理論 分析、計算模擬等方法，對基坑支護變形控制設(shè)計理論進行初步的研究，本文的 主要工作為： ( 1 ) 詳細研究了基坑工程發(fā)展現(xiàn)狀，綜述了基坑支護設(shè)計常用設(shè)計方法，分 析各種設(shè)計理論的適用性。 ( 2 ) 選取d r u c k e r - p r a g e r 理想彈塑性本構(gòu)模型采用二維連續(xù)介質(zhì)有限元法對 支護樁的水平位移做預(yù)測分析并結(jié)合工程的實測位移資料檢驗計算結(jié)果的可靠 性。 ( 3 ) 并對變形控制理論作了初步的概括與總結(jié)，基于變形控制為主線，結(jié)合 工程實例中應(yīng)用的一些變形控制的設(shè)計、施工措施，通過支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算來驗 證所采用措施的可行性。 6 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 1 引言 第二章深基坑支護設(shè)計理論 在基坑支護設(shè)計中，確定了支護結(jié)構(gòu)型式之后，選擇正確的計算模型進行設(shè) 計計算是至關(guān)重要的。目前常用的基坑支護設(shè)計計算方法大致可分為三類。第一 類是常規(guī)設(shè)計方法( 極限平衡法) ；第二類稱為彈性抗力法；第三類是有限元法。 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計首先需要知道作用在支護結(jié)構(gòu)上的土、水壓力，土壓力是作用 于支護結(jié)構(gòu)上的主要荷載，特別在大型基坑的開挖中能較正確地估計土壓力，對 于確保工程的準確設(shè)計與順利施工具有十分重要的意義。在實際中應(yīng)用中，使用 較多的還是使用朗肯( r a n k i n e ) 和庫侖( c o u l o m b ) 理論來計算土壓力。 2 土壓力理論 2 1 2 3 2 2 1 土壓力分類 在基坑工程的設(shè)計和施工中，常要設(shè)置臨時的支擋結(jié)構(gòu)來維護開挖邊坡的穩(wěn) 定。土壓力是作用于支擋結(jié)構(gòu)的主要荷載，在大型基坑的支護設(shè)計中，正確地估 計土壓力，對于確?；庸こ痰陌踩晚樌┕ぞ哂惺种匾囊饬x。 土壓力是土體因自重或外荷載作用對支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的側(cè)向壓力，是土與支護 結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)果，與支護結(jié)構(gòu)的形式、剛度、變位、土與結(jié)構(gòu)的接觸條件以 及支護結(jié)構(gòu)受到的約束等有密切關(guān)系。土壓力的大小與土體的變形有關(guān)，在土體 達到破壞狀態(tài)之前，土壓力的大小是難以確定的；在土體達到破壞狀態(tài)時，由于 變形土體內(nèi)各點很難同時進入極限平衡狀態(tài)，土壓力計算也帶有一定程度的不確 定性。盡管如此，在分析土壓力的時候，通常認為土體處于理想破壞狀態(tài)，一方 面是為了應(yīng)用方便，另一方面是因為難以得到具有較高可靠性的土性參數(shù)。傳統(tǒng) 的計算按支護結(jié)構(gòu)變形的方向及大小存在三種極限狀態(tài)，分別為主動土壓力狀態(tài)、 靜止土壓力狀杰、被動土壓力狀態(tài)，對應(yīng)的土側(cè)壓力分別為主動土壓力、靜止土 壓力、被動土壓力。 靜止土壓力e o ：擋土墻在土側(cè)壓力作用下，產(chǎn)生位移前處于靜止狀態(tài)，作用 在支護結(jié)構(gòu)上的土壓力稱為靜止土壓力。 主動土壓力e ：擋土墻在土側(cè)壓力作用下，向基坑內(nèi)移動或繞前趾向基坑內(nèi) 轉(zhuǎn)動，當(dāng)位移達到一定值時，墻后土體形成滑裂面，應(yīng)力達到極限平衡狀態(tài)，土 7 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 壓力達到最小值，稱為主動土壓力。 被動土壓力e 。：擋土墻在外荷載作用下，向基坑外移動或轉(zhuǎn)動，土體抗力增 加，當(dāng)位移達到一定值時，墻后上體形成滑裂面，應(yīng)力達到極限平衡狀態(tài)，土壓 力達到最大值，稱為被動土壓力。 上述三種土壓力是隨位移變化的三種極限情況。由圖2 1 可見，三者關(guān)系如 飛： e d e 0 e 4 。7 。唧 e 。 z 互艿 j ， ( 1 ) 靜止土壓力( 2 ) 主動土壓力( 3 ) 被動土壓力 l 、山z a l 9 j ， 一、 ? 酋1 2 2 2 土壓力計算理論 搿( 位移) 圖2 1 三種不同極限狀態(tài)的土壓力 由于影響土壓力的因素較多且很復(fù)雜，目前尚無統(tǒng)一的計算方法，各種計算 方法均有不同的假設(shè)條件，主要的古典方法有郎肯( r a n k i n e ) 理論與庫侖 ( c o u l o m b ) 理論。 2 2 2 1 朗肯土壓力理論 朗肯土壓力理論是英國科學(xué)家朗肯( ( r a n k i n e ) 于1 8 5 7 年提出的，它是由半空 間的應(yīng)力狀態(tài)出發(fā)，根據(jù)土的極限平衡理論推導(dǎo)出的。其基本假設(shè)是： ( 1 ) 墻后土體豎直、光滑： ( 2 ) 墻后土體表面水平且為無限半平面。 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 、朗肯主動土壓力 計算公式如下： 吒= 7 z 砭一2 c , k o ( 2 1 ) e = 三膽2 吃一2 胡壓+ 了2 c 2 ( 2 2 ) 式中吒為主動土壓力強度：吒為主動土壓力系數(shù)，屯= t a i l 2 ( 三一詈) ：y 為墻后 填土的容重；c ，緲分別為土的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角：z 為計算點距填土表面的深度，h 為墻背的高度，e 為總主動土壓力。其主動土壓力分布圖見圖2 2 。 7 吼 。健j 叮 - - ￥a l q 氣 芰一 弋、r i ，y f t k a琶暖 ( a )( b )( c ) 圖2 2 朗肯主動土壓力分布 ( a ) 擋土墻( b ) 砂土( c ) 粘性土 由式( 2 1 ) 知，土的主動土壓力存在零點，在零點以上出現(xiàn)負值，即拉應(yīng)力，但實 際上墻體和土在很小的拉力作用下就會脫開，出現(xiàn)深度為z 0 的裂縫。因此，認為 在z o 以上土壓力值為零，在z o 以下土壓力強度按三角形分布。z o 的值可根據(jù) 吒= o 求得。 2 、朗肯被動土壓力 被動土壓力強度及總被動土壓力為： = y 毪+ 2 c 4 k p ( 2 3 ) 名= 專2 砟+ 2 胡石 ( 2 4 ) 9 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 式中為被動土壓力強度，蜂為被動土壓力系數(shù)，乃= t a n 2 ( 三+ 詈) ，q 為 總被動土壓力，為土重力所產(chǎn)生的壓力和內(nèi)聚力產(chǎn)生的土壓力疊加而成。其被動 土壓力分布圖見圖2 3 。 吒 。鏘、 l ， 吖 + ya i q ( a )( b ) ( c ) 圖2 3 朗肯被動土壓力分布圖 ( a ) 擋土墻( b ) 砂土( c ) 粘性土 。 朗肯土壓力理論應(yīng)用半空間中的應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡理論的概念比較明確， 公式簡單，便于記憶，對于粘性土和無粘性土都可以用該公式直接計算，故在工 程中得到廣泛應(yīng)用。但為了使墻后的應(yīng)力狀態(tài)符合半空間的應(yīng)力狀態(tài)，必須假設(shè) 墻背直立的、光滑的、墻后填土是水平的，因而使應(yīng)用范圍受到限制，并由于該 理論忽略了墻背與填土之間摩擦力的影響，使計算的主動土壓力偏大，而計算的 被動土壓力偏小。 2 2 2 2 庫侖土壓力理論 1 7 7 6 年法國的庫侖( c o u l o m b ) 根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動 楔體時，用處于極限平衡狀態(tài)時力系的平衡條件，提出了庫侖土壓力理論，其基 本假定是： ( 1 ) 墻后土體為均質(zhì)各向同性的散體，即無粘性土： ( 2 ) 擋土墻很長，屬于平面應(yīng)變問題： ( 3 ) 楔體與土體之間的滑動面為一平面。 1 、庫侖主動土壓力 1 瓦= 去膽2 吃 ( 2 5 ) 1 0 湖北z - 業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 其中， 吃= 一 s i n ( 緲+ 萬) s i n ( 口一) c o s 2 口c o s ( 口+ 萬) 1 + c o s ( 口+ 萬) c o s ( 口一) ( 2 6 ) 式中包稱為庫侖主動土壓力系數(shù)，口為墻背與垂直線之間的夾角，以垂線為 準，逆時針為正，稱為俯斜墻背：順時針為負，稱為仰斜墻背：p 為內(nèi)摩檫角；h 為 墻背的高度；為填土面與水平面之間的夾角：萬為墻背與填土之間的摩擦角，其 值可由試驗確定。 ( a ) 2 、庫侖被動土壓力 = 丟脾2 如 其中，吒= r 反 力 g r e 一6 0 國= + 萬+ 口+ 妒一目 ( b ) 圖2 4 庫侖主動土壓力計算圖 c o s 2 ( 緲+ 口) s i n ( 緲+ 萬) s i n ( 口+ ) c o s 2a c o s ( a - 5 ) 1 + 、|c o s ( o ! 一萬) c o s ( 口+ ) 式中乃稱為庫侖主動土壓力系數(shù)，其他符號意義同上。 l y h k ( c ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( a ) r y = 一萬一口 9 + 緲 廣一 y h k p ( b )( c ) 圖2 5 庫侖被動土壓力計算圖 在城市建設(shè)中往往由于空間的限制，基坑基本上為直立的，即口= = 0 ，此 時k 。k 。將簡化。同時庫侖土壓力理論是根據(jù)無粘性土的情況導(dǎo)出，沒有考慮 粘性土的粘聚力即c = o ，但事實上內(nèi)聚力是存在的，這樣一來，由庫侖理論計算出 的主動土壓力系數(shù)會比嚴格的理論解稍偏??；其被動土壓力系數(shù)，當(dāng)萬和緲較小時， 特別是萬較小時，被動土壓力系數(shù)的計算誤差也在工程計算所允許的范圍之內(nèi)，但 是當(dāng)萬和c p 較大時，計算誤差會很大，以至于在工程中不能使用，這時就要考慮朗 肯土壓力理論。另外，當(dāng)擋土結(jié)構(gòu)后用粘性土作為填料時，在工程實踐上常采用 換算的等值內(nèi)摩擦角矽d 。換算方法主要有： 1 ) 根據(jù)土的抗剪強度相等來換算，取盯= y h ，則 = a r c t g ( t g a p + ) ( 2 9 ) 2 ) 根據(jù)r a n k i n e 公式，土壓力相等，有： = 三- 2 a r c t g 留( 三一詈) 一萬2 c 億 3 ) 根據(jù)r a n k i n e 公式，土壓力的力矩相等，有： 9 0 = 9 0 0 - 2 a r c t g 忡5 。一詈) 一轟 厴( 4 5 。+ 詈) 汜 3 深基坑支護設(shè)計計算方法 2 3 1 常規(guī)設(shè)計方法 1 2 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 常規(guī)設(shè)計方法又稱為極限平衡法【2 4 1 ，這種方法假定支護結(jié)構(gòu)在土壓力和結(jié)構(gòu) 橫向支撐力的作用下達到平衡，利用力與力矩平衡條件。求出嵌固深度與錨固力。 這種方法計算較為簡單，是工程實踐中應(yīng)用最多的一種方法。常用的極限平衡法 有自由端支撐法( 靜力平衡法) 和固定端法( 等值梁法) 。 2 3 1 1 靜力平衡法【2 5 j 它假定支護結(jié)構(gòu)是剛性的，隨著板( 樁) 入土深度的不同，作用在不同深度上各 點的凈土壓力的分布不同。當(dāng)單位寬度板( 樁) 墻則處于穩(wěn)定，相應(yīng)的板( 樁) 入土深 度即為板樁保證其穩(wěn)定性所需要的最小入土深度，可根據(jù)靜力平衡條件即水平力 平衡方程( h = o ) 和對樁底截面的力矩平衡方程( a i r = o ) 聯(lián)解求得。圖2 6 為 單撐( 錨) 支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算簡圖。 g o p + 圖2 6 底部自由支承單撐( 錨) 支護結(jié)構(gòu)計算 整個支護結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，故作用在擋土結(jié)構(gòu)上的兄，色， 圖中吃為支撐( 錨) 力；乞為主動土壓力；乜為被動土壓力； 根據(jù)力的平衡條件可以得到： r + e q = e 4 + ep 根據(jù)對支撐( 錨) 位置的力矩平衡條件可以得到： e p h p - - e 。h o + e q h q q 三力必須平衡。 為地面均布荷載。 ( 2 1 2 ) ( 2 1 3 ) 由以上兩個方程可以得到關(guān)于入土深度f 的三次方程，當(dāng)主、被動土壓力都確 定后，入土深度只隨撐( 錨) 位置而改變，調(diào)整可以調(diào)整入土深度，關(guān)系是： 增大，f 減??；反之增大。從而可以達到調(diào)整樁長的目的。同時樁中的最大彎矩也 是的函數(shù)，當(dāng)從小到大增大時，樁中的最大彎矩是先小后增大，它有一個最 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 小值，取此值進行樁徑設(shè)計可以使樁徑最小。 2 3 1 2 等值梁法【2 5 】 樁入坑底土內(nèi)有彈性嵌固( 鉸結(jié)) 與固定兩種，當(dāng)作一端彈性嵌固另一端簡支的 梁來研究。擋墻兩側(cè)作用著分布荷載，即主動土壓力與被動土壓力，如圖2 7 ( a ) 所示。在計算過程中所要求得出的仍是樁的入土深度、支撐反力及跨中最大彎矩。 單支撐擋墻下端為彈性嵌固時，其彎矩如圖2 7 ( c ) 所示，若在得出此彎矩圖前 已知彎矩零點位置，并于彎矩零點處將梁( 即樁) 斷開以簡支計算，則不難看出所得 該段的彎矩圖將同整體梁計算時一樣，此段梁段即稱為整梁該段的等值梁。對于 下端為彈性支撐的單支撐擋墻其凈土壓力零點位置與彎矩零點位置很接近，因此 可在壓力零點處將板樁劃開作為兩個相聯(lián)的簡支梁來計算。這種簡化計算就稱為 等值梁法，其計算步驟如下： ( 1 ) 根據(jù)基坑深度、勘察資料等，計算主動土壓力與被動壓力，求出土壓力 零點b 的位置，計算b 點至坑底的距離u 值； ( 2 ) 由等值梁a b 根據(jù)平衡方程計算支撐反力兄及b 點剪力紼。 l 蘭l 一 盤 f 二 l 擰d 鴦 - d i 盎1 k i 。，i 四i 弋 口l 蘭 k o 、 11 f g 一， 1f 芝 一 叩 c ge 芻g ( c ) 圖2 7 等值梁法計算簡圖 咒2 嬲 繞2 籬 ( 3 ) 由等值梁b g 求算板樁的入土深度，取藝m g = 0 ，則 q x = 吉7 ( 巧一k ) 石3 1 4 ( 2 1 4 ) ( 2 1 5 ) ( 2 1 6 ) 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 由上式求得： 由上式求得x 后，樁的最小入土深度可由下式求得： t o 2 u4 - x 如土質(zhì)差時，應(yīng)乘系數(shù)1 1 1 2 ，即 t = ( 1 1 1 2 ) t o ( 4 ) 由等值梁求算最大彎矩m 一值。 ( 2 1 7 ) ( 2 1 8 ) ( 2 1 9 ) 2 3 2 彈性抗力法 常規(guī)設(shè)計方法假定了基坑內(nèi)側(cè)的土抗力為被動土壓力狀態(tài)，尤其是對于有支 撐點的支護結(jié)構(gòu)采用等值梁法對支點力的計算假定與支點剛度系數(shù)無關(guān)，在使用 上受到了較大限制，從理論上也無法反映支護結(jié)構(gòu)的真實工作性狀，因此，逐漸 被彈性支點法【2 6 3 所并代，彈性支點法可以考慮支撐點剛度及土體變形與應(yīng)力狀態(tài)， 隨著計算機的普遍應(yīng)用，彈性支點法從開始平面問題逐步發(fā)展到可以考慮支撐體 系作用的空間問題解，使支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計更趨合理。 彈性抗力法的要點是，由于擋墻位移有控制要求，基坑內(nèi)側(cè)不可能達到完全 的被動狀態(tài)，實際上仍處于彈性抗力階段，因此引用承受水平荷載樁的橫向抗力 的概念，將外側(cè)主動土壓力作為施加在墻體上的水平荷載，用彈性地基梁的方法 計算檔墻的變位與內(nèi)力。彈性地基梁法認為，水平方向的地基反力與墻體位移的 關(guān)系可用下式來表示： p = 戤”y “ ( 2 2 0 ) 式中p 水平方向地基反力強度： k 由土的性質(zhì)決定的地基反力系數(shù)： j 開挖面以下的深度： y 墻體的水平位移。 當(dāng)指數(shù)為1 時為線彈性地基反力分布。即地基反力與墻體位移y 成正比。當(dāng)指 數(shù)不為1 時，為非線彈性地基反力分布。非線彈性地基反力分布，計算復(fù)雜，工 程上用的較少。當(dāng)指數(shù)朋= 0 時，表示水平方向的地基反力系數(shù)與深度無關(guān)，是一 個定值。這種分析方法稱為“k f f 法；當(dāng)，m = l 時，表示地基反力系數(shù)與深度成正比， 這種分析方法叫作“m 法；當(dāng)朋= 0 5 時，則稱為“c ”法。其中“m 法計算簡單 且比較符合實際情況，是目前最常用的方法。 m 值隨土的類別及其性質(zhì)，樁的材料和剛度，樁的水平位移值和荷載作用方 1 5 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 式及荷載水平等因素而變化，可通過樁的現(xiàn)場水平荷載試驗來測定m 值。m 值的 經(jīng)驗公式為： 以基坑底而位移量估計值d = lo m m ，按下式計算： 1 m = 三f o 2 ( 0 2 一緲+ c 1 ( 2 2 1 ) d 、 7 式中c ，妒分別為上的內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角。 2 3 3 有限元方法 傳統(tǒng)計算理論未考慮支撐或錨桿的變形及分步開挖的施工進程，而實際施工 過程則是支撐或錨桿是在擋土結(jié)構(gòu)己產(chǎn)生位移的狀態(tài)下加上的，為調(diào)查彈性擋土 結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)及預(yù)測墻及地面位移，產(chǎn)生了非線性有限元方法。有限元方法【2 7 以8 】 提供了一種更為合理的設(shè)計計算方法，它可以從整體上分析支護結(jié)構(gòu)及基坑周圍 土體各點的應(yīng)力與位移性狀，能夠考慮土體的非線性、流變性等性質(zhì)，而且可動 態(tài)模擬開挖支撐的施工過程，不僅為事前設(shè)計與方案比較，而且為信息反饋施工 管理提供實時處理的階段。在基坑變形和內(nèi)力計算中，如基坑的平面形狀比較規(guī) 則，并且有一個方向的尺寸遠大于另一個方向的尺寸，可認為基坑處于平面應(yīng)變 狀態(tài)，可將土體離散成三角形單元或四邊形單元，將圍護墻離散成梁單元，再引 入具體的邊界條件求解。從原理上說，常規(guī)方法存在的問題在有限元方法中都可 以不同程度的得到解決。除了數(shù)值分析方法本身的問題以外，用有限元方法的關(guān) 鍵是正確選用計算模型和設(shè)計參數(shù)。本文在第五章節(jié)中將應(yīng)用有限元方法模擬基 坑開挖過程，以預(yù)測支護樁水平位移。 2 3 4 其他算法 ( 1 ) 增量計算法是在橫向荷載下樁土共同作用簡化計算方法的基礎(chǔ)上，將 擋土結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形與土的性狀、檔土結(jié)構(gòu)和錨桿的剛度、開挖和支撐過程相聯(lián) 系，模擬整個施個過程，考慮分步開挖、逐步變形的簡易計算方法。 根據(jù)從基坑開挖，設(shè)置錨桿的施工順序，把整個施工過程按施工工況劃分 為若干個相對獨立的受力階段進行計算，但實際上每個施工工況的受力并不是孤 立的，而是在前一工況的基礎(chǔ)上變化發(fā)展而來的，因此為了適應(yīng)擋土結(jié)構(gòu)隨施工 工況其內(nèi)力變形不斷發(fā)展的特點，在計算中采用增量法反映各施工階段的連續(xù)性 及繼承性，即在每一工況的計算過程中，荷載與變形是在前一工況完成后的增量。 其要點為： 根據(jù)每個施工階段的結(jié)構(gòu)和支承條件，計算出相對前一施工階段的增量荷載 1 6 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 作用下產(chǎn)生的墻體內(nèi)力( 變形) 增量；荷載增量包括外部荷載的增加和減少量：水土 壓力的變化量：支撐的拆除：坑底附近土彈簧剛度的變小。 用增量法計算較好地反映基坑開挖和回筑過程中各種因素對連續(xù)墻的受力影 響，如施工過程中基坑開挖，支撐設(shè)置及拆除，荷載變化，預(yù)加壓力，墻體剛度 改變，與主體結(jié)構(gòu)板墻的結(jié)合方式及連續(xù)墻兩側(cè)非對稱荷載的影響等，而且能反 映施工過程及使用階段墻體受力變化的連續(xù)性。 ( 2 ) 另外姚愛國，湯鳳林，s m i t hi m 在總結(jié)和分析現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上提 出了綜合設(shè)計方法：其認為有限元方法雖然能計算出基坑周圍的位移與應(yīng)力，但 樁的嵌固深度與錨固力還需要用其它方法算出。因而，提出了所謂綜合設(shè)計方法。 綜合設(shè)計方法指的是兩種意義上的綜合。一是頒布的行業(yè)標準與各個地方標準間 的綜合。二是常規(guī)方法與彈塑性有限元法的綜合。其算法為先按各種標準計算出 樁的嵌固深度與錨固力，再用彈塑性有限元分析基坑的位移。綜合分析樁墻的內(nèi) 力與基坑的位移，選擇既能滿足安全要求又比較節(jié)省的方案作為最終設(shè)計方案。 這種方法考慮全面，能夠達到優(yōu)化設(shè)計的目的。但這種方法需要計算機軟件的支 持。 2 4 本章小結(jié) 基坑支護設(shè)計中常規(guī)設(shè)計方法計算較為簡單，是工程實踐中應(yīng)用最多的一種 方法。常規(guī)設(shè)計方法難以考慮施工過程中的不同工況、樁土間的相互作用與影響， 難以分析支護結(jié)構(gòu)的整體性狀，彈性抗力法對常規(guī)方法進行了改進，采用彈性地 基梁的方法計算支護結(jié)構(gòu)的位移與內(nèi)力，采用彈簧模擬土側(cè)壓力及錨桿或支撐的 支點力。 傳統(tǒng)計算理論未考慮支撐或錨桿的變形及分步開挖的施工進程，而實際施工 過程則是支撐或錨桿是在支護結(jié)構(gòu)己產(chǎn)生位移的狀態(tài)下加上的，故按傳統(tǒng)計算理 論得出的計算結(jié)果是不盡合理的。為調(diào)查彈性擋土結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)及預(yù)測墻及地面 位移，產(chǎn)生了非線性有限元方法。有限元方法將支護結(jié)構(gòu)及土體劃分為有限個單 元，采用數(shù)值分析方法，從整體上分析支護結(jié)構(gòu)及周圍土體的應(yīng)力與位移性狀， 是目前較為先進的一種設(shè)計計算方法。 1 7 湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章基坑施工監(jiān)測 3 1 基坑監(jiān)測概述 信息化施工是目前地下工程中廣泛提倡并應(yīng)用的重要方式及施工管理理念。 為此，施工監(jiān)測就成為信息化施工的重要項目，并且是施工管理、施工決策的主 要依據(jù)。施工監(jiān)測，不僅可以有效的跟蹤施工活動，及時了解施工動態(tài)、圍護及 支護結(jié)構(gòu)的安全狀況，而且通過實測值與計算值的比較，能可靠的反映基坑工程 中施工所造成的影響，能較準確地以量的形式反映這種影響程度。由于深基坑工 程中地質(zhì)條件、荷載條件、材料性質(zhì)、施工工況以及其他外界條件的變化，很難 單純從理論上預(yù)測或計算，理論計算值一般與實測值之間也有較大的偏差，因此 在地下工程的施工過程中，施工監(jiān)測就顯得十分重要?；颖O(jiān)測應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行有關(guān) 規(guī)定、規(guī)程、巖土工程勘察資料、場地周邊環(huán)境條件的要求進行，建設(shè)單位應(yīng)選 擇有資質(zhì)的單位進行監(jiān)測工作。 在深基坑開挖的施工過程中，基坑內(nèi)外的土體將由原來的靜止土壓力狀態(tài)分 別向被動和主動土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變，應(yīng)力狀態(tài)的改變引起圍護結(jié)構(gòu)承受荷載并導(dǎo)致 圍護結(jié)構(gòu)和土體的變形，圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力( 圍護樁和墻的內(nèi)力、支撐軸力或土錨拉 力等) 和變形( 深基坑坑內(nèi)土體的隆起、基坑支護結(jié)構(gòu)及其周圍土體的沉降和側(cè)向 位移等) 中的任一量值超過容許的范圍，將造成基坑的失穩(wěn)破壞或?qū)χ車h(huán)境造成 不利影響。在施工場地四周有建筑物和地下管線，基坑開挖所引起的土體變形將 在一定程度上改變這些建筑物和地下管線的正常狀態(tài)，當(dāng)土體變形過大時，會造 成鄰近結(jié)構(gòu)和設(shè)施的失效或破壞。同時，基坑相鄰的建筑物又相當(dāng)于較重的集中 荷載，基坑周圍的管線常引起地表水的滲漏，這些因素又是導(dǎo)致土體變形加劇的 原因。另外，基坑開挖與圍護結(jié)構(gòu)施工過程中，存在著時間和空間