重大案例作业

1、 重大工程案例分析读书报告 题 目 临近建筑物基坑设计施工及变形控制 学生姓名 学 号 指导教师 陈素文 学 院 土木工程学院 完成时间 2014年6月 目录1绪论22影响因素32.1地质因素32.2 设计条件32.3施工因素43 常用基坑支护型式54 控制措施74.1设计方面74.2施工方面85. 施工信息化96结论10参考文献:11临近建筑物基坑设计施工及变形控制1绪论近年来，随着经济的快速发展，我国土建工程的建设如火如荼。多层建筑及高层建筑地下室、地下车库和铁路车站等工程的施工，都面临基坑工程。若周边环境良好，设计与施工时只需保证基坑本身的安全与稳定即可；若基坑临近既有线，则不仅保证基坑

2、工程的稳定，还要满足变形控制的要求，以确保周边建筑物、构筑物等的安全。我国东南沿海地区，软土深厚，且软土工程性质不良，具有高含水量、高压缩性、低强度和低透水性的特性。这给工程的设计与施工带来不少困难与挑战。城市人口密集，建筑物林立，留给基坑施工的空间很有限，基坑施工不得不采取深陡基坑。施工过程中不但要保证基坑本身的稳定，还要控制基坑及地表关键点的变形（主要是沉降），以保证基坑周边建筑物的安全与耐久。这对基坑设计与施工提出更高的要求和更大的挑战。有些成功的基坑支护案例取得较好的经济和社会效益。如今年修建的上海市内最深的基坑之一在建中的轨交汉中路枢纽13号线车站基坑工程防沉降施工顺利完成。该基坑深

3、达33.1米，甚至超过在建的“上海中心”深基坑，截至目前，汉中路枢纽站附近高层建筑未出现任何沉降现象。施工方首次采用地铁基坑“地下水回灌技术”，将施工开采抽出的地下承压水回灌到原地层，确保位于中心城区的汉中路站周边地表“水位零降落，地面零沉降”。现实中，基坑支护失败的例子不少，每一个案例都带来巨大的经济损失和不良的社会效应。08年1月，广州地铁5号线，施工中突然涌水发生塌方，导致珠江大桥引桥下的双桥路旁地面突然下陷达100m2，深约5m。同年11月，杭州市地铁1号线湘湖站工段施工工地发生地面塌陷事故，造成在此处行驶的11辆汽车下沉陷落，多人伤亡，带来重大损失和不良社会影响。类似的工程失败例子还

4、有很多，给设计施工和安全生产敲响了警钟。因此，研究临近建筑物地铁基坑施工技术有重要意义。2影响因素影响基坑与周边建筑物变形的因素很多，大体上可分为三种：地质与环境条件，如土层特性、地下水分布、基坑周边的建筑物分布与交通情况等：设计条件，如基坑形状、开挖深度、围护结构、支撑系统、土体加固等；施工条件，如施工顺序与方法、降水、地表超载与施工振动情况、施工周期与基坑暴露时间等1。2.1地质因素基坑工程的设计和施工与自然条件关系密切，设计与施工必须全面地掌握基坑所处地的地质特点，也是确定基坑设计和施工的基本依据。在影响基坑变形的内因中，土的变形模量、泊松比和内摩擦角对基坑的变形影响较为显著，而重度和黏

5、聚力影响较小。白永学2对天津地铁某车站进行了数值分析和参数研究。研究表明，弹性模量对基坑变形的影响最为显著，而且墙体最大变形出现的土层的弹性模量的改变对墙体变形的影响很大。2.2 设计条件影响基坑变形的设计因素包括围护墙体的刚度及入土深度、支撑的刚度和道数、支撑的位置、预应力水平和被动区的土体加固等。在基坑的开挖过程中，围护墙体和支撑构件都会发生变形，增加这些构件的刚度有利于降低基坑的地表沉降和墙体的水平位移。很多研究表明，墙体的刚度取决于墙体的厚度，在一定的范围内增加墙体的厚度，可以有效的减少墙体的水平变形。但当墙体厚度增加到一定的时候，再通过增加墙体的厚度来减小位移的作用是不大的，同时随着

6、墙体厚度的增加，支护墙的弯矩也显著增大，而且会大幅度地增加工程造价。因此在墙体的强度符合要求的情况下，不宜借助于增加墙体厚度来减少位移。围护墙体的入土深度也是影响基坑稳定的重要因素。适当的增加墙体的入土深度，不仅可以提高基坑整体稳定性和抗隆起稳定性，还可以减少墙体的变位，当入土深度在一定范围增加时候，支护结构的水平位移明显减小，但当入土深度超过一定深度的时候，入土深度的增加对位移和弯矩没有明显的影响。支撑的设置位置和排列方式也是要考虑的设计条件。Perk教授认为，头道支撑应该在开挖深度未超过前架设，否则支护结构将产生比较大的位移。其中为土体的不排水抗剪强度，为土的容重。开挖深度不变的时候，底撑

7、的位置对墙体的侧向变形有比较大的影响，但对墙后的地表沉降影响却相当小。而且，多道支撑的排列方式也与基坑的变形关系非常密切。支撑排列的方式以基坑上部稀疏和下部密集的方式较好，最大弯矩和最大位移都比较小。主要的力学机理是在基坑的上部，土压力比较小，所以对墙体的侧向变形影响比较小，而越靠近基坑下部分，土压力变得越大，对墙体的侧向变形影响也大，加密下部的支撑道数和减小支撑间距，相当于减小每次开挖时候引起的地应力释放的数值，从而增加了支撑在土压力中的分担比重，达到减小墙体变形的作用。2.3施工因素基坑的施工对基坑变形的影响很大。基坑的土方开挖引起地基卸载和土体应力释放，从而引起基坑的变形和稳定。合理的分

8、层分区对称均衡开挖，有利于对变形发展的控制。挖撑次序方面可分为先撑后挖和先挖后撑两种过程。理论分析可知，先撑后挖的施工工序是围护墙体和墙后土体在有支撑的约束条件下的卸载;而先挖后撑是围护墙体和墙后土体在没有支撑的约束条件下，先卸载后约束，该支撑只对以后的开挖起约束作用，显然前者对基坑的约束作用更强，基坑的变形更小。还要考虑土的时空效应，合理安排挖土顺序。时空效应由刘建航院士提出。在软土地区，土层经常表现出明显的流变特性，开挖卸载后还有明显的固结效应，围护结构无支撑的暴露时间的增加，对围护结构和周围的地层的位移有明显的影响，这种效应成为时间效应。当土中的一处土体因开挖引起应力释放的时候，其变形受

9、相邻未被扰动的土体的约束，将这种效应称为空间效应。在安排挖土顺序时候，首先要按照围护结构支撑的布置情况分层开挖，其次尚需分区开挖，同样，分层分块的开挖也会减小开挖土体的空间几何体尺寸，这就是利用空间效应来减小基坑的变形:当一个区段的土方挖到设计标高后，应立即安装支撑，以缩短无支撑的暴露时间，减少时间效应对位移的影响。 图1 基坑变形示意图3 常用基坑支护型式目前比较常用的支护型式有以下几种：水泥土搅拌桩围护、排桩围护、地下连续墙围护、土钉墙围护、复合型式围护等。它们的适用范围和造价不尽相同。对于具体的工程实例，要具体分析，采用合适的支护方式，以期综合效益最大化。秦夏强3分析了我国沿海地区淤泥质

10、软土的特点，指出其含水率高、压缩性大、强度低和地域性差异大。结合工程实践提出一些较常用的围护结构，如大开挖、重力式挡墙、排桩或板墙支护，分析了它们的适用条件和优缺点。支护方案的选择对工程的造价、进度、质量影响显著，故“因地制宜”的设计原则便显得尤为重要。这是工程界的设计重要原则，具体问题应当具体分析。曾进群4以某人防工程基坑支护设计为例，详细分析了复杂环境条件下多种支护型式共用的基坑支护设计。采用了三期支护方案：第一期支护为放坡加喷锚支护，二期支护为桩撑支护方案，三期支护为人工挖孔桩结合支撑体系。计算结果和监测结果显示该方案满足要求。李琳5就上海和杭州一些具体工程的实测结果进行了研究和总结，分

11、析了基坑开挖深度与最大侧移和位置的关系，并分析当前基坑开挖深度和所用支撑系统相对刚度之间的关系。肖桃李6研究了PHC管桩在深厚软土基坑支护中的应用，探讨了预应力管桩加锚杆的新型桩锚支护方式的可行性。最后提出预应力管桩桩锚支护系统在深厚软土基坑中的应用应符合的原则：一是深厚软土层上必选有一层黏土层来提供锚杆足够的抗拔力，二是尽量选用桩身为AB型的PHC管桩，三是必选选用单节长桩，四是管桩施工完毕桩芯采取补强技术。张继林7以沪宁城际镇江站无柱雨棚工程为例，详细阐述40b型槽钢桩支护技术的运用，并介绍其施工技术及质量控制要点。但文章具体探讨的是一种槽钢，不具备适用性。吴帆8探讨了某深基坑工程支护采用

12、钻孔灌注桩悬臂+被动区加固的支撑型式，取得成功，为类似工程提供参考。 庞晓明9做了复合土钉支护基坑的工程实例分析。采用数值分析的方法，模拟基坑开挖过程中复合土钉支护结构的受力性状，并与实测结果进行比较，探讨影响复合土钉支护基坑侧向变形和体系内力的因素,得到有用的参数分析结果。沈伊晔10 研究了排桩与复合土钉墙联合支护技术在深基坑中的应用。以一个工程实例为例，综合分析后采用了排桩及复合土钉墙联合支护方案。实施结果和监测数据显示，该方案全面满足了安全、经济和工期要求，可供相关工程参考。李轶11通过某工程实例介绍搅拌桩加土钉墙的复合支护结构形式，解决软土基坑土钉锚固力不够的技术难题，扩大土钉墙的运用

13、范围。 陈刚12介绍武汉某个基坑工程实例，该工程采用喷锚+注浆锚管的支护方式，并对基坑施工进行实时监测，基坑土体水平位移和周围建筑物沉降均满足工程要求。马兆荣13针对在深厚软土地区传统基坑支护存在的不足，提出了一种直接采用坑内加固的基坑支护方案，并采用理正基坑分析软件进行计算分析，结果表明基坑受力及变形均满足要求。徐中华14结合国际广场工程对主体地下结构与支护结构相结合的复杂深基坑进行了分析。用基于土体硬化模型的平面有限元方法对基坑的施工过程进行了模拟，结果表明该方法能较好地模拟围护结构的变形和墙后的地表沉降。同时主体地下结构的巨大支撑刚度有效地控制了基坑的位移。采用考虑梁板共同作用的三维有限

14、元方法分析了变标高的首层水平支撑体系的受力和变形；基于切向弹簧边界分析了地下一层水平支撑体系的受力和变形，分析结果成功地指导了基坑的设计。李冰河15探讨了SMW工法在软土深基坑工程中的应用。针对杭州某工程的特点，基坑围护设计采用了水泥搅拌桩内插H型钢的方法结合两道钢支撑作为基坑围护结构，较好地满足要求。高伟16针对基坑分步开挖过程中支护结构的变形及土压力的性状进行了有限元分析，成功地计算出在分步开挖各个阶段，支护结构变形和主动区土压力的分布情况，并与实测情况对比分析。此外，还系统研究了基坑分步开挖的计算方法和过程，较详细地分析了基坑开挖荷载的形成情况，提出一种适合工程实际的开挖荷载计算方法。4

15、 控制措施通过上述的分析可知，变形的控制通常从设计和施工两个方面来考虑。4.1设计方面首先要结合实际情况进行技术经济比选，选择合适的围护结构形式。影响基坑工程支护结构选择的因素很多，主要包括地质情况、开挖深度、周围环境的要求、工程功能、当地的常用设备和经济技术条件等，每种围护结构各有利弊和适用条件，选用的时候要综合考虑。其次，选定合理的支撑结构体系。应根据当地的地质条件、周围环境和施工，因地制宜选择安全经济的支撑材料和支撑类型，在软土地区如果施工单位有钢支撑的，则应优先考虑使用钢支撑，而在建筑物密集市区的深基坑工程中，当没有装配式钢支撑则应采用钢筋混凝土支撑;对于地质条件较好的地区，应首先考虑

16、打设锚杆的方法。再者，选择合理的内支撑或锚杆的竖向间距。适当的减少支撑的竖向间距，可以增加墙体的相对刚度，缩短墙体从开挖暴露到支护的时间，有利于墙背较为均匀的分布土压力。值得注意的是多道支撑的排列方式。采用上疏下密的方式对于控制支护结构的水平位移具有较好的效果。支撑的道数是一个重要的设计指标，支撑道数的多少直接影响基坑工程的稳定性和变形，但是过多的增加支撑道数不但增加工程费用，而且影响工程进度。还要注意对周边建筑物的保护。软托换是一种主动托换技术，在基坑开挖前对周边建筑物进行保护，使其沉降量减少的一种方法。它是通过一定数量的托换构件将坑外的建筑物自重直接向地层较可靠的深部传递以减少坑外土体变形

17、对临近建筑物的影响。同时由于超载的转移使其不再对支护结构产生侧向力，从而大幅度减小支护结构工程量和位移。4.2施工方面 确定合理的技术路线。图2为典型基坑工程施工技术路线工程地质勘察基坑工程设计施工组织设计支护方案设计施工监测设计初选几种合适方案，综合比较后选定设计计算制定详细地方案施工确定测点布置与实施方法现场埋设现场监测数据分析与处理满足要求数值模拟验 算预警值确定方案YesNo修改设计安全？Yes工程结束对策修改No 图2 基坑工程施工技术路线确定合理的施工工序和开挖过程。在施工中要尽可能缩小每一步开挖的长度和深度，并在完成前一阶段的支护后再来进行后一阶段的开挖，以缩小受扰动土体的范围，

18、减小基坑和周边土层的变形。由于土体并不是理想的弹性体，开挖是一个卸载过程(对支撑加预应力则为加载)，基坑最终完成时的变形在很大程度上还取决于卸载和加载的途径与时间过程。所以土方开挖与支撑设置必须严密配合，开挖要严格按照分层、分区和分块程序的进行。开挖的顺序通常包括“先挖后撑”和“先撑后挖”两种情况。后者能有效控制变形，在施工中要优先考虑。还要确保相邻的施工工序不相互干扰，同时防止基坑周边地面超载。在深基坑施工过程中，一般难以做到禁止在基坑旁边堆置任何重物，合理的控制办法是对堆载的数量、重量和区域加以限制。尤其要注重施工过程中的监测和信息化施工。由于岩土地质条件复杂，影响基坑的稳定性和变形的因素

19、很多，况且目前支护结构的设计不成熟，所以施工监测很有必要。基坑开挖以后，要密切监测地表沉降和结构的位移、应力、土中的孔隙水压力以及相邻建筑物的位移。根据工程的进展，和原来的设计相比较，进行反演，必要时适当的修改设计或施工方法和步骤。5. 施工信息化基坑的设计与施工密不可分，相互依赖。施工的每一阶段，结构体系和外荷载、土压力等都在变化，这对支护结构的变形、内力有很大影响。在施工过程中进行工程监测，将结果分析反馈，调整设计参数和施工安排，即实现施工信息化，是很重要的方法。工程结束设计方案基坑开挖工程监测数据分析与处理满足要求对 策No 调 整Yes 图3 信息化施工流程图向瑞德等17研究了北京某地

20、铁深基坑施工对周边建筑物的影响。通过现场检查检测，在基坑施工过程中，建筑物地基基础发生了明显的不均匀沉降，致使上部结构在门洞墙面出现了一些倾斜裂缝。所以应在施工期间不断的对该建筑物进行沉降变形监测，对监测的结果及时分析处理并反馈给施工单位，以便调整施工方案，确保建筑物的安全稳定。监测数据表明，建筑物整体沉降及倾斜变形不大，在控制范围内，基坑施工能够保证邻近建筑物的安全。但在该建筑物局部有个别点出现较大的沉降，施工过程中应高度重视，实时监测，并对监测结果和数据进行规律性分析，出现异常情况及时采取措施，确保地铁基坑施工及邻近建筑物的安全。张文龙等18对北京地铁10号线安贞门站一惠新西街南口站明挖区

21、间工程实体，开展科技创新工作，并形成了“地铁基坑信息化开挖工法”。 建立沉降的理论模型，通过监测数据修正理论模型的参数，并反馈给施工单位。必要时可修改施工方案，这样能有效控制变形，取得较好的效益。王连山19结合天津某地铁工程，制定周密系统化的基坑监测方案，实行信息化施工，以监测数据指导施工，修改调整施工方案，使施工处于安全可控状态。大量的工程实践表明，施工信息化能很好的指导下一步的施工方法，能有效的控制基坑与周边建筑物的变形。能保证设计施工方案在满足安全等要求下尽可能经济，取得较高的综合效益。6结论 临近建筑物基坑开挖不仅要考虑工程本身的稳定与变形可控，还要考虑周边建筑物的安全。这是现在城市基

22、坑施工的重难点，也是其主要特点。本文研究了影响基坑稳定的因素，分析了控制基坑与既有建筑物变形的措施，提出了信息化施工对提高综合效益的重要性。 参考文献:1 张辉，王建华.地铁车站基坑变形的影响因素和控制措施分析J.建筑施工，2010,32(2)：1341362白永学软土地铁车站深基坑变形的影响因素及其控制措施D.西安交通大学硕士学位论文，20063 秦夏强.软土地基大型复杂基坑工程设计与施工J.岩土工程学报，2006,28（z1）：162816324 曾进群，杨光华，蔡晓英，陈小丹.复杂环境下多种支护型式共用的基坑设计实例J.岩土工程学报，2006,28（z1）：157315765 李琳，杨敏，熊巨华.软土地区深基坑变形特性分析J.土木工程学报，2007，40（4）：66726 张继林. 钢板桩支护在临近既有线深基坑支护中的应用J.科学之友，2010（11）:3