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随着经济的发展和人口的增加,城市中有限的地面空间,已经不能够满足人们日益增长的生活和工作的需要。向地下发展、寻求更大的空间已经成为各大城市发展的迫切需求,地下空间的利用成为城市发展的一个重要方向。在密集的城市区内,高层以及多层建筑的地下室、地下商场、地下车库、地铁车站等工程的施工都会面临基坑工程问题。
基坑工程是一个古老的传统课题,同时又是一个综合性的岩土工程难题。它既涉及到土力学中典型的强度和稳定性问题,又包含了土与支护结构的共同作用问题,同时还涉及到基坑工程的自身稳定性和临近建(构)筑物的变形等问题。随着深基坑数量在密集市区的增加,基坑工程逐渐成为城市建设中最主要的岩土工程课题之一。
大量的基坑工程集中在市区,人口密集度高,施工场地狭小,周围环境条件复杂。基坑工程不仅要保证支护结构及基坑本身的安全,而且还要保证周围建(构)筑物的安全和正常使用,可见基坑工程支护结构设计的重要性。可是目前在实际工程中,存在着两种极端的现象:一是由于设计和施工方面的原因,导致深基坑工程事故,造成重大的经济损失;二是在支护结构的选型和设计上过于保守,造成浪费。因此,选择一个合理的方案,既能保证基坑及其周围环境的安全稳定,又能够在工程成本方面经济可行,成为目前一个急待解决的课题。
深基坑工程是一个复杂的系统工程,具有难度大、投资大、风险大等特点,因此深基坑支护结构的优化设计关系到基坑工程的安全和经济这两方面根本问题。通过基坑支护结构的优化,可以缩短设计周期,提高设计质量,节约大量的投资,从而产生经济效益、社会效益和环境效益。
总结本文的工作,主要有以下几方面内容:
(1)介绍了基坑工程的特点,分析了国内外基坑开挖变形和支护结构优化设计的研究现状,在前人的研究基础上,指出其存在的问题和发展趋势,提出本文的研究目标和研究内容。
(2)从基坑变形的基本现象出发,从理论上分析基坑开挖引起的变形机理、规律以及影响因素。
(3)结合厦门市思明区人民政府拟建的BRT农科所片区安置房(墩仔小区)工程,根据其工程概况和工程地质条件,秉着经济、合理、安全、方便施工的原则,依据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99),采用桩锚支护方式,对深基坑工程进行支护设计,并通过整体稳定验算、抗倾覆稳定性验算、抗隆起验算和隆起量计算,充分验证了基坑是稳定的,设计是合理的。
(4)利用ANSYS有限元软件及其岩土工程模块,采用“生死”单元来模拟基坑开挖实际步骤,着重模拟和分析了随着开挖步的进行,深基坑土体与支护结构的水平位移、沉降变形以及应力应变,结果显示,数值模拟值与规范设计计算值较为接近,并得出了一些有实际意义的规律与结论。
(5)随着深基坑开挖的进行,土体及支护结构的水平位移值逐渐增大,呈圆环状变化,距离支护区越远,水平位移值越小;地层沉降量逐渐增大,距离基坑越远,沉降越小,影响范围大约为三倍的开挖深度。锚索的及时支护有利于土体及支护结构水平位移和地层竖向位移的收敛。土体应力应变在地表及坑底最小,随着深度不断增大,在支护桩底部以及与锚索接触处的土体应力应变较大。
(6)分析了锚索设计参数对基坑支护结构变形的影响,支护桩水平位移随着锚索角度的增大而增大,锚索长度随着锚索倾角的增大而减小。并从基坑稳定性、工程成本和施工工期等方面考虑,为深基坑桩锚支护提出优化设计,对同类工程基坑支护设计具有参考意义。