国内外基坑发展概况

1、国内外基坑发展概况第33卷第24期2007年8月山西建筑SHANXIARCHITE(UREVo1.33No.24Aug.2007?123?文章编号:10096825(2007)24.012302国内外基坑发展概况杨曼李博摘要:阐述了基坑工程发展的概况,就如何控制深基坑开挖的环境效应问题做一探讨,对深基坑工程的特点做一介绍,指出深基坑工程支护结构设计需满足安全可靠,经济合理,施工方便等原则,并介绍了目前常采用的基坑支护类型,从而进一步促进深基坑开挖技术的研究与发展.关键词:基坑,支护结构,设计原则,环境效应中图分类号:TU463文献标识码:A基坑工程是一个古老而又有时代特点的岩土工程课题,它主要

2、包括基坑围护体系设计与施工和土方开挖,是一项综合性很强的系统工程.随着人类土木工程活动的发展,特别是到了21世纪,大量高层,超高层建筑以及地下工程的不断涌现,对基坑工程的要求越来越高,出现的问题也越来越多,促使工程技术人员以新的眼光去审视这一古老课题,使许多新的经验和理论的研究方法得以出现和成熟.1基坑工程的发展概况早在20世纪30年代,Terzaghi等人已开始研究基坑工程中的岩土工程问题,提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小总应力法.在以后的时间里,世界各国的许多学者都投入了研究,并不断在这一领域取得丰硕的成果.基坑工程在我国进行广泛的研究是始于70年代末,那时我国的改革开放方兴未艾,基本

3、建设如火如荼,高层建筑不断涌现,相应的基坑埋深不断增加,开挖深度也就不断发展;特别是到了90年代,大多数城市都进入了旧城改造阶段,在繁华市区进行深基坑开挖给这一古老的课题提出了新的内容,那就是如何控制深基坑开挖的环境效应问题,从而进一步促进了深基坑开挖技术的研究与发展,产生了许多先进的设计计算方法,众多的新施工工艺也不断付诸实施.基坑工程的发展往往是一种新的围护形式的出现带动新的分析方法的产生.早期的开挖常采用放坡形式,后来随着开挖深度的增加,放坡面空间受到了限制,产生了围护开挖.迄今为止,围护形式已发展到数十种;从基坑围护机理来讲,基坑围护方法的发展最早有放坡开挖,然后有悬臂围护,拉锚围护,

4、组合型围护等.放坡开挖需要较大的工作面,且开挖土方量较大,在条件允许的情况下,至今仍然不失为基坑围护的好方法;悬臂围护是指不带内撑和拉锚的围护结构,可以通过设置钢板桩和钢筋混凝土桩形成围护结构;为了挖掘围护结构材料的潜在能力,使围护结构形式更加合理,并能适合各种基坑形式,综合利用”空间效应”,发展了组合型围护形式.2基坑工程的特点基坑工程不仅需要岩土工程的知识,也需要结构工程的知识,是一项综合性很强的系统工程,它需要岩土工程与结构工程技术人员密切配合.基坑工程涉及土力学中稳定,变形及渗流三个基本课题,三者相融在一起,需要综合处理;同时,基坑开挖势必引起周围地基中地下水位的变化和应力场的变化,导

5、致周围地基土体的变形,对相邻建筑物,构筑物地下管线产生影响.该设计主要研究深基坑工程的支护结构,故主要列出了深基坑工程的主要特点:1)建筑倾向高层化,基坑向大深度方向发展;2)基坑开挖面积大,长度与宽度有的达数百米,给支撑体系带来了较大的难度;3)在软弱的土层中,基坑开挖会产生较大的位移和沉降,对周围建筑物,市政建设和地下管线造成影响;4)深基坑施工工期长,场地狭窄,降雨,重物堆放等对基坑稳定性不利;5)在相邻场地的施工中,打桩,降水,挖土及基础浇筑混凝土等工序会相互制约与影响,增加协调工作的难度.3深基坑工程支护结构的设计原则与类型3.1支护结构设计的原则1)安全可靠:满足支护结构本身强度,

6、稳定性及变形的要求,确保周围环境的安全;2)经济合理性:在支护结构安全可靠的前提下,要从工期,材料,设备,人工以及环境保护等方面综合确定具有明显技术经济效果的方案;3)施工便利并保证工期:在安全可靠经济合理的原则下,最大限度地满足方便施工,缩短工期.3.2目前经常采用的主要基坑支护类型1)水泥土深层搅拌桩支护:其优点是采用重力式挡墙,不需要支撑,基坑内挖土施工方便,搅拌桩施工时无环境污染,造价低廉且防渗性好,适用于开挖深度3m6m的基坑;2)钢板桩:用槽钢正反扣搭接组成,或用U型和Z型截面的锁口钢板桩.用打入法打入土中,完成支护任务后,可以回收重复利用,适用于开挖深度3m10m的情况;3)钢筋

7、混凝土板桩:桩长6m12m,打入地下后,顶部浇筑钢筋混凝土圈梁,设置一道支撑或拉锚,用于开挖深度3m6m的基坑;4)钻孔灌注桩挡墙:直径600mm1000ITIITI,桩长15m30m,组成排桩式挡墙,顶部浇筑钢筋混凝土圈梁,用于开挖深度6m13ID-的基坑;5)地下连续墙:这种支护结构施工时对周围环境影响小,对土层条件适应性强,墙体抗弯刚度,防渗性能和整体性均较好,但其造价比较高,适用于开挖深度达10m以上的基坑或施工条件较困难的情况;6)锚喷支护:我国最早用于地铁工程,20世纪80年代初开始用于高层建筑深基坑支护,在天然土层中,锚固方法以钻孔灌注为主,受拉杆件有粗钢筋,高强钢丝束和钢绞线等

8、.4深基坑工程中的环境效应随着我国经济的发展,高层和超高层建筑物的大批建造,在工程设计上为满足稳定性要求和地下空间的开发利用,一般都要设置多层地下室.在城市的密集建筑群内建造大厦做深基础的基坑工程越来越多,因而深基坑工程的环境效应问题也日益引人收稿日期:2007.0406作者简介:杨曼(1974一),女,助理工程师,河南西峡县公路管理局,河南西峡474500李博(1978一),男,助理工程师,河南西峡县公路管理局,河南西峡474500第33卷第24期?124?2007年8月山西建筑SHANXIARCHITECTUREVo1.33No.24Aug.2007文章编号:1009.6825(2007)

9、240124-03静力触探机理的有限元模拟分析吴苗苗邱成君摘要:运用有限元分析软件,建立Dmcker-Prager模型,并采用初始半径的转换方法对圆柱孔穴扩张过程进行模拟分析,得到饱和软土静力触探贯入过程的位移,应力和应变的变化规律.关键词:静力触探,有限元分析,孔穴扩张理论中图分类号:TU412文献标识码:A岩土介质的力学性质非常复杂,影响其应力和变形的因素很多,例如岩土的结构,孔隙,密度,应力历史,载荷特征,孔隙水及时间效应等,在如此之多的因素作用下要获得理论解几乎是不可能的,然而用ANSYS可以很好地模拟岩土的力学性能,包括对断层,夹层,节理,裂隙和褶皱等地质情况的模拟,此外用ANSYS

10、还可以进行岩土的应力一变形与稳定性分析,路基,底座,深基,桩等的承载能力与沉陷分析.文中将利用大型通用有限元软件ANSYS,以圆柱孔穴扩张理论为基础,对静力触探贯入过程进行模拟分析.1单元的选择1.1Drucker-Prager(DP)材料模型在岩土力学问题的有限元分析中,采用DP材料可得到较为客观的结果,因而被广泛采用.文中在大型有限元软件ANSYS的基础上,采用DP模型来模拟土体的应力一应变关系.在DP材料选项的数据表中,需要输入三个值:粘聚力C,内摩擦角和膨胀角,.以上角度的单位都是度,膨胀角f用来控制体积膨胀的大小,对压实的颗粒状材料,当材料受剪时,颗粒将会膨胀,如果膨胀角f=0,则不

11、会发生体积膨胀.如果,=,材料将会发生严重的体积膨胀,一般来说,=0是一种比较保守的方法.1.2Plane42单元Plane42单元一般使用于二维固体结构中,此单元可以作为平面单元,既可以用于平面应变,也可以用于平面应力分析,或者用于轴对称分析.此单元在每一个节点上有两个自由度,即沿着坐标x轴和Y轴方向的自由度.单元中包含了塑性,蠕变,应力刚度,大变形和大应变分析.如图1所示为Plane42单元的几何形状,节点位置和坐标轴取向.2有限元分析2.1圆孔扩张法模型文中采用圆孔扩张法模型来模拟静力触探的贯入过程.空间轴对称有限元法对于解决圆柱孔穴扩张问题来说是方便而合适的,在数值计算上,为避免由于初

12、始半径为零而造成环向应变无穷大的现象,假设土体中已存在一个半径为r.,长度与探入深度相当的圆柱形空腔体.这样扩张的最终半径将不再是探头的实际半径,而是与土的性质有关.r的取值,应该满足以下条件:1)从初始半径r0扩张到最终半径时,腔壁上的总径向压力应当与从0扩张到探头半径R时的总径向压力相等;瞩目.在对近十年我国深基坑工程的调查中,发现造成基坑事故面,引起附近土体的侧移;当成排开挖,土层又是软土或花岗残积的原因是多方面的,其影响因素也是较复杂的.其中深基坑设计土时,人工挖孔桩筒中涌泥,侧移现象更为严重,往往造成附近既失误,水处理不当,结构和基坑失稳事故,占总事故的80%.其所有建筑物的沉降,倾

13、斜,上部结构开裂,道路路面沉降等.造成的经济损失也相当严重.以下列出了深基坑工程中几种常3)土方开挖环境效应:一般的矩形基坑,在没有围护的情况见的环境效应问题:下多数坍成矩形的外接圆坑.搞好基坑挖土需要施工,业主,设1)降排水环境效应:排水主要解决上部土层的滞水和降雨积计及监测各方密切配合和协作.水的疏排,降水包括采用轻型井点,喷射井点和深井井点降水等.参考文献:降低地下水位可能引起地面沉降,将对环境造成不良影响,尤以1张华钿.浅谈土方开挖及支护方案J.山西建筑,2004,30深井降水影响最大.(14):54.55.2)围护桩,基坑施工环境效应:围护桩施工的环境影响比较2朱伟尼.谈深基坑支护工

14、程的安全施工J.山西建筑,2004,大,在非挤土桩中要首推人工挖孔桩,此时地基土层中出现临空30(20):44.45.GeneralconditionofthefoundationditchdevelopmentinandoutofabroadYANGManLIBoAbstract:Itrepresentsthegenerconditionofthefoundationditchproiectdevelopment,discusseshowtocontrolenvironmenteffectprobleminthedeepfoundationditchexcavation,introducesthefeaturesofthedeepfoundationditchproject,pointsouttheprinciplessuchassafety,propereconomY,convenientconstructioninthesupportstructuredesigninthedeepfoundationditchproiect,andintroducesthepresentfoun-dationditchsupporttypes,whichwillacceleratetheresearch