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深基坑工程随城市发展日益被关注,许多问题有待研究。本文针对柔性支护软土深基坑的理论、施工及深基坑施工引起的环境问题,结合上海地铁M8线延吉中路车站深基坑工程,着重就如下几个方面进行了深入研究和广泛探讨:
(1)将扩展剑桥模型应用于深基坑分析中,并将延吉中路站基坑变形有限元计算结果与现场实测结果对比分析,通过比较研究,一方面检验该模型模拟基坑开挖的合理性和有效性,另一方面验证相关土工计算参数的准确性,为今后类似土质土工计算参数的合理选取提供了参考;对基坑附近有建筑物超载作用和无建筑物超载作用典型断面处基坑变形做对比分析,探讨了建筑物超载对地表沉降槽的影响并得到了一些有意义的结论;利用有限元计算结果拟合得到了柔性支护软土深基坑开挖地表沉降曲线方程。
(2)影响基坑变形的因素十分复杂。如地层土质及地下水条件、基坑几何形状及深度、围护结构类型、围护结构入土深度及刚度、支撑刚度、支撑预应力、基坑加固情况、基坑开挖参数、超载等因素。其中支撑刚度、支撑预应力、基坑加固情况、施工超载等影响因素在施工阶段是可以干预的,因而研究这些因素对基坑变形的影响对基坑施工阶段的变形控制具有重要意义。本文以上海地铁M8线延吉中路站深基坑工程为研究背景,对施工阶段基坑变形影响因素进行了系统分析并得出了若干结论,为施工阶段基坑变形控制提供了依据。
(3)土压力的计算取值直接影响到基坑支护结构及支撑的内力和变形计算、坑内外土体的隆起沉降情况等,土压力取值合适与否对围护结构的造价、稳定安全有重要意义。本文就经典的朗肯土压力理论和库仑土压力理论在用于围护结构土压力计算时存在的问题进行了分析;在对上海地铁M8线延吉中路站基坑工程现场实测土压力及实测支护结构侧移资料整理、分析的基础上,探讨了土压力及土压力系数随基坑开挖深度及支护结构水平位移之间的关系,分析表明,对于柔性支护软土深基坑工程,支护结构水平位移对土压力存在非线性的影响;运用连续介质有限元法,土体采用扩展剑桥本构模型,在土与支护结构接触面考虑摩擦的影响,对作用于柔性支护结构上土压力的大小及其分布规律进行了研究,并将有限元法计算土压力与实测及经典土压力进行比较分析,得出了一些有意义的结论。
(4)弹性支点法目前被广泛应用于柔性支护深基坑工程,其被动区土体水平基床系数的比例系数“m”值是本方法的主要参数之一。参数“m”值一般工程难以通过试验确定,现有文献提供的取值范围,各地区差别较大,参数“m”值的选取依然比较模糊。本文就“m”值研究了相关四个方面的内容:首先就“m”值变化对基坑支护结构内力和变形的影响进行了分析;其次,对目前“m”值取值方法进行了总结;再次,就采用目前取值方法得到的“m”值应用于长条形基坑中存在的问题进行了探讨并提出改进建议;最后,根据上海地铁M8线延吉中路站基坑被动区实测土压力及实测位移,探讨了基坑开挖过程中水平基床系数及其比例系数“m”值的变化规律。
(5)针对空间效应不明显的基坑(比如地铁车站等长条形基坑标准段),运用能量法原理导出了围护结构作为弹性梁的位移解析式;对于大宽度、不规则等空间效应显著的基坑,将弹性梁扩展为弹性板,运用能量原理推导得到了考虑空间效应的支护墙体变形解析解。
(6)在已有研究成果和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坑周地表位移场的大小及分布规律进行了进一步研究,根据上海地区深基坑施工实践,给出了软土深基坑柔性围护墙后偏态分布的地表竖向位移表达式,并通过对若干基坑工程实例分析,证明本文提出的墙后偏态分布地表沉降表达式的有效性和实用性。
(7)深基坑工程是一个非常复杂的过程,涉及多道工序,多个工种。工程的成败既取决于设计者能否正确地掌握设计方法,了解当地的地质情况,设计出经济合理的围护结构,也取决于施工者能否严格按照设计要求采用合适的施工方法和施工步骤。对于目前仍然处于采用半理论半经验方法解决问题的基坑工程,合适的施工方法和施工技术对基坑施工安全有重要影响。本文就作者亲自参加施工的上海地铁M8线延吉中路站、黄兴路站及天津地铁3号线华苑站等深基坑工程,针对软土基坑的地下连续墙施工技术、淤泥质粘土注浆加固施工技术、基坑周围环境保护施工技术、钻孔咬合桩施工等关键施工技术进行了总结探讨。