國內(nèi)外基坑發(fā)展概況

1、國內(nèi)外基坑發(fā)展概況第33卷第24期2007年8月山西建筑SHANXIARCHITE(UREVo1.33No.24Aug.2007?123?文章編號:10096825(2007)24.012302國內(nèi)外基坑發(fā)展概況楊曼李博摘要:闡述了基坑工程發(fā)展的概況,就如何控制深基坑開挖的環(huán)境效應(yīng)問題做一探討,對深基坑工程的特點(diǎn)做一介紹,指出深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需滿足安全可靠,經(jīng)濟(jì)合理,施工方便等原則,并介紹了目前常采用的基坑支護(hù)類型,從而進(jìn)一步促進(jìn)深基坑開挖技術(shù)的研究與發(fā)展.關(guān)鍵詞:基坑,支護(hù)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)原則,環(huán)境效應(yīng)中圖分類號:TU463文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A基坑工程是一個古老而又有時代特點(diǎn)的巖土工程課題,它主要

2、包括基坑圍護(hù)體系設(shè)計(jì)與施工和土方開挖,是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程.隨著人類土木工程活動的發(fā)展,特別是到了21世紀(jì),大量高層,超高層建筑以及地下工程的不斷涌現(xiàn),對基坑工程的要求越來越高,出現(xiàn)的問題也越來越多,促使工程技術(shù)人員以新的眼光去審視這一古老課題,使許多新的經(jīng)驗(yàn)和理論的研究方法得以出現(xiàn)和成熟.1基坑工程的發(fā)展概況早在20世紀(jì)30年代,Terzaghi等人已開始研究基坑工程中的巖土工程問題,提出了預(yù)估挖方穩(wěn)定程度和支撐荷載大小總應(yīng)力法.在以后的時間里,世界各國的許多學(xué)者都投入了研究,并不斷在這一領(lǐng)域取得豐碩的成果.基坑工程在我國進(jìn)行廣泛的研究是始于70年代末,那時我國的改革開放方興未艾,基本

3、建設(shè)如火如荼,高層建筑不斷涌現(xiàn),相應(yīng)的基坑埋深不斷增加,開挖深度也就不斷發(fā)展;特別是到了90年代,大多數(shù)城市都進(jìn)入了舊城改造階段,在繁華市區(qū)進(jìn)行深基坑開挖給這一古老的課題提出了新的內(nèi)容,那就是如何控制深基坑開挖的環(huán)境效應(yīng)問題,從而進(jìn)一步促進(jìn)了深基坑開挖技術(shù)的研究與發(fā)展,產(chǎn)生了許多先進(jìn)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法,眾多的新施工工藝也不斷付諸實(shí)施.基坑工程的發(fā)展往往是一種新的圍護(hù)形式的出現(xiàn)帶動新的分析方法的產(chǎn)生.早期的開挖常采用放坡形式,后來隨著開挖深度的增加,放坡面空間受到了限制,產(chǎn)生了圍護(hù)開挖.迄今為止,圍護(hù)形式已發(fā)展到數(shù)十種;從基坑圍護(hù)機(jī)理來講,基坑圍護(hù)方法的發(fā)展最早有放坡開挖,然后有懸臂圍護(hù),拉錨圍護(hù),

4、組合型圍護(hù)等.放坡開挖需要較大的工作面,且開挖土方量較大,在條件允許的情況下,至今仍然不失為基坑圍護(hù)的好方法;懸臂圍護(hù)是指不帶內(nèi)撐和拉錨的圍護(hù)結(jié)構(gòu),可以通過設(shè)置鋼板樁和鋼筋混凝土樁形成圍護(hù)結(jié)構(gòu);為了挖掘圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的潛在能力,使圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式更加合理,并能適合各種基坑形式,綜合利用”空間效應(yīng)”,發(fā)展了組合型圍護(hù)形式.2基坑工程的特點(diǎn)基坑工程不僅需要巖土工程的知識,也需要結(jié)構(gòu)工程的知識,是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程,它需要巖土工程與結(jié)構(gòu)工程技術(shù)人員密切配合.基坑工程涉及土力學(xué)中穩(wěn)定,變形及滲流三個基本課題,三者相融在一起,需要綜合處理;同時,基坑開挖勢必引起周圍地基中地下水位的變化和應(yīng)力場的變化,導(dǎo)

5、致周圍地基土體的變形,對相鄰建筑物,構(gòu)筑物地下管線產(chǎn)生影響.該設(shè)計(jì)主要研究深基坑工程的支護(hù)結(jié)構(gòu),故主要列出了深基坑工程的主要特點(diǎn):1)建筑傾向高層化,基坑向大深度方向發(fā)展;2)基坑開挖面積大,長度與寬度有的達(dá)數(shù)百米,給支撐體系帶來了較大的難度;3)在軟弱的土層中,基坑開挖會產(chǎn)生較大的位移和沉降,對周圍建筑物,市政建設(shè)和地下管線造成影響;4)深基坑施工工期長,場地狹窄,降雨,重物堆放等對基坑穩(wěn)定性不利;5)在相鄰場地的施工中,打樁,降水,挖土及基礎(chǔ)澆筑混凝土等工序會相互制約與影響,增加協(xié)調(diào)工作的難度.3深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則與類型3.1支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則1)安全可靠:滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度,

6、穩(wěn)定性及變形的要求,確保周圍環(huán)境的安全;2)經(jīng)濟(jì)合理性:在支護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下,要從工期,材料,設(shè)備,人工以及環(huán)境保護(hù)等方面綜合確定具有明顯技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的方案;3)施工便利并保證工期:在安全可靠經(jīng)濟(jì)合理的原則下,最大限度地滿足方便施工,縮短工期.3.2目前經(jīng)常采用的主要基坑支護(hù)類型1)水泥土深層攪拌樁支護(hù):其優(yōu)點(diǎn)是采用重力式擋墻,不需要支撐,基坑內(nèi)挖土施工方便,攪拌樁施工時無環(huán)境污染,造價低廉且防滲性好,適用于開挖深度3m6m的基坑;2)鋼板樁:用槽鋼正反扣搭接組成,或用U型和Z型截面的鎖口鋼板樁.用打入法打入土中,完成支護(hù)任務(wù)后,可以回收重復(fù)利用,適用于開挖深度3m10m的情況;3)鋼筋

7、混凝土板樁:樁長6m12m,打入地下后,頂部澆筑鋼筋混凝土圈梁,設(shè)置一道支撐或拉錨,用于開挖深度3m6m的基坑;4)鉆孔灌注樁擋墻:直徑600mm1000ITIITI,樁長15m30m,組成排樁式擋墻,頂部澆筑鋼筋混凝土圈梁,用于開挖深度6m13ID-的基坑;5)地下連續(xù)墻:這種支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時對周圍環(huán)境影響小,對土層條件適應(yīng)性強(qiáng),墻體抗彎剛度,防滲性能和整體性均較好,但其造價比較高,適用于開挖深度達(dá)10m以上的基坑或施工條件較困難的情況;6)錨噴支護(hù):我國最早用于地鐵工程,20世紀(jì)80年代初開始用于高層建筑深基坑支護(hù),在天然土層中,錨固方法以鉆孔灌注為主,受拉桿件有粗鋼筋,高強(qiáng)鋼絲束和鋼絞線等

8、.4深基坑工程中的環(huán)境效應(yīng)隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高層和超高層建筑物的大批建造,在工程設(shè)計(jì)上為滿足穩(wěn)定性要求和地下空間的開發(fā)利用,一般都要設(shè)置多層地下室.在城市的密集建筑群內(nèi)建造大廈做深基礎(chǔ)的基坑工程越來越多,因而深基坑工程的環(huán)境效應(yīng)問題也日益引人收稿日期:2007.0406作者簡介:楊曼(1974一),女,助理工程師,河南西峽縣公路管理局,河南西峽474500李博(1978一),男,助理工程師,河南西峽縣公路管理局,河南西峽474500第33卷第24期?124?2007年8月山西建筑SHANXIARCHITECTUREVo1.33No.24Aug.2007文章編號:1009.6825(2007)

9、240124-03靜力觸探機(jī)理的有限元模擬分析吳苗苗邱成君摘要:運(yùn)用有限元分析軟件,建立Dmcker-Prager模型,并采用初始半徑的轉(zhuǎn)換方法對圓柱孔穴擴(kuò)張過程進(jìn)行模擬分析,得到飽和軟土靜力觸探貫入過程的位移,應(yīng)力和應(yīng)變的變化規(guī)律.關(guān)鍵詞:靜力觸探,有限元分析,孔穴擴(kuò)張理論中圖分類號:TU412文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A巖土介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)非常復(fù)雜,影響其應(yīng)力和變形的因素很多,例如巖土的結(jié)構(gòu),孔隙,密度,應(yīng)力歷史,載荷特征,孔隙水及時間效應(yīng)等,在如此之多的因素作用下要獲得理論解幾乎是不可能的,然而用ANSYS可以很好地模擬巖土的力學(xué)性能,包括對斷層,夾層,節(jié)理,裂隙和褶皺等地質(zhì)情況的模擬,此外用ANSYS

10、還可以進(jìn)行巖土的應(yīng)力一變形與穩(wěn)定性分析,路基,底座,深基,樁等的承載能力與沉陷分析.文中將利用大型通用有限元軟件ANSYS,以圓柱孔穴擴(kuò)張理論為基礎(chǔ),對靜力觸探貫入過程進(jìn)行模擬分析.1單元的選擇1.1Drucker-Prager(DP)材料模型在巖土力學(xué)問題的有限元分析中,采用DP材料可得到較為客觀的結(jié)果,因而被廣泛采用.文中在大型有限元軟件ANSYS的基礎(chǔ)上,采用DP模型來模擬土體的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系.在DP材料選項(xiàng)的數(shù)據(jù)表中,需要輸入三個值:粘聚力C,內(nèi)摩擦角和膨脹角,.以上角度的單位都是度,膨脹角f用來控制體積膨脹的大小,對壓實(shí)的顆粒狀材料,當(dāng)材料受剪時,顆粒將會膨脹,如果膨脹角f=0,則不

11、會發(fā)生體積膨脹.如果,=,材料將會發(fā)生嚴(yán)重的體積膨脹,一般來說,=0是一種比較保守的方法.1.2Plane42單元Plane42單元一般使用于二維固體結(jié)構(gòu)中,此單元可以作為平面單元,既可以用于平面應(yīng)變,也可以用于平面應(yīng)力分析,或者用于軸對稱分析.此單元在每一個節(jié)點(diǎn)上有兩個自由度,即沿著坐標(biāo)x軸和Y軸方向的自由度.單元中包含了塑性,蠕變,應(yīng)力剛度,大變形和大應(yīng)變分析.如圖1所示為Plane42單元的幾何形狀,節(jié)點(diǎn)位置和坐標(biāo)軸取向.2有限元分析2.1圓孔擴(kuò)張法模型文中采用圓孔擴(kuò)張法模型來模擬靜力觸探的貫入過程.空間軸對稱有限元法對于解決圓柱孔穴擴(kuò)張問題來說是方便而合適的,在數(shù)值計(jì)算上,為避免由于初

12、始半徑為零而造成環(huán)向應(yīng)變無窮大的現(xiàn)象,假設(shè)土體中已存在一個半徑為r.,長度與探入深度相當(dāng)?shù)膱A柱形空腔體.這樣擴(kuò)張的最終半徑將不再是探頭的實(shí)際半徑,而是與土的性質(zhì)有關(guān).r的取值,應(yīng)該滿足以下條件:1)從初始半徑r0擴(kuò)張到最終半徑時,腔壁上的總徑向壓力應(yīng)當(dāng)與從0擴(kuò)張到探頭半徑R時的總徑向壓力相等;矚目.在對近十年我國深基坑工程的調(diào)查中,發(fā)現(xiàn)造成基坑事故面,引起附近土體的側(cè)移;當(dāng)成排開挖,土層又是軟土或花崗殘積的原因是多方面的,其影響因素也是較復(fù)雜的.其中深基坑設(shè)計(jì)土?xí)r,人工挖孔樁筒中涌泥,側(cè)移現(xiàn)象更為嚴(yán)重,往往造成附近既失誤,水處理不當(dāng),結(jié)構(gòu)和基坑失穩(wěn)事故,占總事故的80%.其所有建筑物的沉降,傾

13、斜,上部結(jié)構(gòu)開裂,道路路面沉降等.造成的經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)嚴(yán)重.以下列出了深基坑工程中幾種常3)土方開挖環(huán)境效應(yīng):一般的矩形基坑,在沒有圍護(hù)的情況見的環(huán)境效應(yīng)問題:下多數(shù)坍成矩形的外接圓坑.搞好基坑挖土需要施工,業(yè)主,設(shè)1)降排水環(huán)境效應(yīng):排水主要解決上部土層的滯水和降雨積計(jì)及監(jiān)測各方密切配合和協(xié)作.水的疏排,降水包括采用輕型井點(diǎn),噴射井點(diǎn)和深井井點(diǎn)降水等.參考文獻(xiàn):降低地下水位可能引起地面沉降,將對環(huán)境造成不良影響,尤以1張華鈿.淺談土方開挖及支護(hù)方案J.山西建筑,2004,30深井降水影響最大.(14):54.55.2)圍護(hù)樁,基坑施工環(huán)境效應(yīng):圍護(hù)樁施工的環(huán)境影響比較2朱偉尼.談深基坑支護(hù)工

14、程的安全施工J.山西建筑,2004,大,在非擠土樁中要首推人工挖孔樁,此時地基土層中出現(xiàn)臨空30(20):44.45.GeneralconditionofthefoundationditchdevelopmentinandoutofabroadYANGManLIBoAbstract:Itrepresentsthegenerconditionofthefoundationditchproiectdevelopment,discusseshowtocontrolenvironmenteffectprobleminthedeepfoundationditchexcavation,introducesthefeaturesofthedeepfoundationditchproject,pointsouttheprinciplessuchassafety,propereconomY,convenientconstructioninthesupportstructuredesigninthedeepfoundationditchproiect,andintroducesthepresentfoun-dationditchsupporttypes,whichwillacceleratetheresearch