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改革开放以来,我国的经济建设步伐加快。特别是二十世纪九十年代以来,我国经济进入高速增长的阶段,城市化进程加快,城市人口密集而土地资源有限。城市建设不得不向空中和地下空间发展,建筑物越来越高层化、基础也越来越深。这对基坑工程带来一定的机遇和挑战,基坑工程向着更大更深的方向发展,而复杂的地质环境及地下环境使基坑工程的施工条件变得越来越恶劣,导致各种基坑工程事故频繁发生。桩锚支护作为深基坑支护的一种重要形式,因其具有施工方便、节省成本、变形小等特点,已经被广泛的用于各种深基坑工程。深圳地区的地层以软土地层为主,桩锚支护能够很好的解决深基坑地下水及基坑变形的问题,但是对于复杂的地质环境,对该软土地区上基坑变形的研究工作仍有待进一步的开展。
本文立足基坑变形的研究现状,结合深圳地区的基坑工程实例,在借鉴和总结前人的研究成果上,主要对基坑的土体开挖及支护失效两个阶段的变形特性进行分析。全文的主要研究工作主要包含以下几点:
(1)借鉴已有的桩锚支护的研究成果,全面的介绍基坑变形的影响因素及各种变形计算方法,系统地分析总结桩锚支护的作用机理,为支护设计提供指导;
(2)全面的介绍深圳冠日基坑工程实例,对基坑变形监测数据、工程进度、质量控制情况等数据进行整理,详细分析该基坑在特定的地质条件及桩锚支护形式下的变形特点。并对基坑变形因素进行分析;
(3)利用有限元模拟技术分析基坑开挖不同阶段、不同支护层次以及开挖完成后部分锚索失效情况下的基坑变形特性;讨论基坑施工过程中的基坑变形的影响范围、桩锚受力情况及支护与土体的相互作用,分析影响变形的因素;
(4)通过计算讨论基坑在部分锚索失效情况下的稳定性,并利用有限元软件模拟并预测基坑的变形特点,对比现场监测资料及施工资料,全面分析在支护失效情况下及地下水变化影响下的基坑变形特性。
在实际监测及实验模拟的研究基础上,本文主要得出以下结论:
(1)基于PLAXIS软件的有限元分析方法,对于模拟分析基坑工程问题具有较为理想的结果,通过与资料的对比,模拟与实测变形特性较为一致,但由于模拟过程较为理想化,而且没有考虑时间效应的影响,模拟值往往小于实测值。
(2)基坑的变形是一个复杂的土体应力变化调整的过程,与土体的各种物理力学性质密切相关,其中土体的重度决定了施加给支护桩土压力的大小,土体的粘结力、摩擦角直接影响土体的潜在滑动面的范围,土体的弹性模量与土体的沉降成反比关系。
(3)支护结构的变形是土压力与自身内力共同作用,结构本身进行内力调整的结果。土压力的大小、支护结构的特点、连接方式、结构刚度、材料强度都直接影响着结构的变形情况。
(4)对于基坑变形的计算,采用不同方法计算,变形结果会有所不同,利用极限平衡法的弹性计算方法偏于保守,而采用库伦-摩尔弹塑性本构模型的有限计算方法则能充分考虑土体的塑性变形,其计算结果更为接近实际情况。
(5)土体的变形不仅与支护结构的设计相关,还与基坑工程的施工、管理、环境活动等因素紧密联系。这些因素能够引起支护结构的破坏、应力损失、强度减弱、地下水的变化等问题。根据稳定性验算及变形分析,本基坑工程的支护设计偏于保守。支护失效后的变形较小,分析认为基坑的变形主要由于邻近基坑挖孔桩施工大量抽排地下水所致。
深基坑的变形研究是一项较为复杂的工程,涉及因素繁多,且各因素相互渗透共同作用,要想准确地分析其变形极为困难,加上作者研究时间有限,因此在很多问题上还有待进一步的完善。本文旨在通过有限的篇幅,尽可能地对基坑变形特性进行详尽分析,从而为基坑的设计和变形控制提供一定的参考。