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随着现代工程技术的进步,人们对建筑结构的要求向经济、环保、多功能等方向发展。作为建筑物最重要部分的基础也随之变化,向着宽深发展。在过去的世纪里,由于认识的局限,工程技术水平与施工机械的发展不一致,发生了很多基坑工程失事,对我们提出了严峻的挑战。在我国广大的软土地区,特别是经济水平较高的东部沿海地区,基坑的宽深发展要求工艺技术复杂,面临不确定因素多,使得我们要深入研究各种情况,找出影响因素,为基坑工程安全运行提供理论及技术支持与指导。
对于软土地区的超深基坑,面对复杂多变的地质条件、难以理清的水文地质状况,我们必须从实际出发,多角度多思维考虑不同的因素之间的内在联系。而在实际工程中,软土地区的超深基坑一般都采取地下连续墙。软土的特性使得对地下水中最重要部分承压水影响非常敏感,在水土作用下地下连续墙外侧土体的差异沉降会对基坑的稳定造成影响,同时也影响地下连续墙自身的稳定。通过对一些基坑资料的总结,研究深基坑中地下连续墙与深部承压水的共同作用机理,找出基坑在变形条件下的稳定与抗渗的内外影响因素,建立模型模拟承压水与地连墙在基坑最后一步开挖后的共同作用,并对基坑各种监测资料的分析找出深部承压水对地下连续墙的影响,对得出的结果进行总结归纳,应用于实际工程中来提高施工工艺及水平,优化施工建设的性价比。
本文尝试从理论计算、数值模拟、监测分析等角度出发,对承压水与地下连续墙之间的作用进行探讨,研究在承压水的变化条件下,找出对基坑安全运行的影响。
主要完成的工作包括,从理论上分析承压水对基坑的坑内坑外及支护结构的影响,并结合工程实例进行理论计算;采用岩土工程软件FLAC模拟基坑最后一步开挖到位之后承压水的变化对地下连续墙、坑外沉降、坑内土体隆起的影响,找出不利的条件;在实际基坑开挖过程中进行监控量测,观测到的数据整理分析找出其变化的规律。对三种方式得出的结果进行分析,以判断在承压水的变化下基坑的安全状态。在这研究的过程中得出以下几点认识:
1.软土地区基坑工程,由于软土的特殊性质,我们必须得考虑到水的作用。在前期基坑设计时,必须通过理论计算,得出基本的变化参数,为后期的工作开展提供支持。对于一般工程而言,首先通过理论计算来判断坑底土的变化情况,从而在设计中采取措施。
2.在工程施工中,我们预先建立模型用数值方法模拟及预演基坑开挖过程中的变化情况,本文主要考虑基坑最后一步开挖到位时承压水对地下连续墙的影响情况,并注意基坑施工的分步开挖使位移受力有弹性回复的过程。在工程中,往往在基坑最后一步开挖之后坑底面临长时间基础结构施工,时间较长,所以考虑最后一步开挖具有较大的参考价值。
3.在本文的模拟过程中,首先考虑承压水是变化的,通过定义土层的特性来定义潜水层,承压水的变化定义为土体内水位随着开挖过程而逐渐降低,且把水位降到坑底以下以满足基坑设计规范要求,得到最终的变化情况,坑底土体隆起125mm,支护结构的位移变形最大达60mm,坑外周边土体的沉降达50mm以上。而通过力的分析可以判断出基坑在当前状态下是稳定的,因为塑性破坏区域少,且只发生在距坑底2米上的位置。这符合现实中的情况。
4.在软土地区深基坑地下连续墙工程中,为了减少对周边的影响,在坑底进行深搅3m来平衡坑底突涌及干施工,这就要求我们在模拟的过程中要考虑承压水是不变化的,且与潜水层相同。同样,通过定义土层的特性来定义潜水层,得到最终的变化情况,坑底土体隆起20mm,支护结构的位移变形最大达116mm,坑外周边土体的沉降达22mm以上。通过力的分析可以判断出基坑在当前状态下是稳定的,因为塑性破坏区域较少,且只发生在距坑底2-4米的位置。基坑支护结构的较大变形反映出在土压力和过大水压力作用下支护结构的变形会加大。但这样的情况在实际设计施工中是不会发生的,因为我们的施工是干施工,在实际的开挖过程中为了预防出现模拟中的第二种情况,都会选择降水。
5.利用监测设备监测墙的变化及坑周变化,发现地下连续墙自身变形很小,最大不超过10mm,这10mm的影响除了接头质量不高的影响外,是墙自身影响非常小;而坑外土体的监测变形最大不超过40mm,没有影响周边建筑物的安全使用。
基于上面提出的认识,本文对今后软土地区的地下连续墙工程的设计、基坑的安全施工等都具有十分重要的实用价值。