地铁深基坑的的施工的基坑安全的设计研究

1、.wd地铁深基坑施工的基坑平安研究 同济大学土木工程学院博士学位论文软土地区地铁深基坑开挖施工的基坑本体平安评价研究姓名：王蓉申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：刘国彬;马忠政20210701摘要摘要随着上海城市轨道交通网络的完善，地铁车站基坑正向深、大、近、紧、难方向开展。为了确切掌握施工过程中基坑支护体系的受力规律和平安性状，本文以上海某地铁车站基坑支护体系变形为主要研究对象，利用动态变形动态控制的方法，基于对大量现场监测结果的分析，着重研究和探讨了软土地区深基坑支护构造地下连续墙内力与变形、支撑内力及立柱桩位移与内力变化等相关问题。主要内容包括以下几方面：l、对地下连续墙的破坏模式

2、与破坏机理进展了分析。对承载能力极限状态和正常使用极限状态下地下连续墙的极限弯矩进展了推导，并进一步给出了地铁车站地下连续墙的极限弯矩简化计算式，以方便工程估算。介绍了地下连续墙测斜位移的曲线拟合法，并推导了地下连续墙的抗弯刚度简化公式，该公式简单实用，易于在工程实践中使用。对正常及异常测斜曲线的特点进展了描述，并从累计变形(比)、变形速率的方面对测斜曲线所表征的地下连续墙的平安性状进展了探讨，并对地下连续墙设计参数对墙体变形的影响进展了分析。给出地下连续培内力与变形的平安评判指标与评判方法。2、在分析基坑支撑构造破坏机理的根底上，对施工过程中支撑轴力随工况变化规律进展分析研究并对上海各地铁车

3、站基坑的最大支撑轴力进展了统计。推导了单跨压杆式钢支撑的内力计算公式，并给出由稳定性控制的支撑极限轴力随支撑长度变化的实用计算式。建立了立柱竖向位移引起双跨压杆式支撑构造内力变化的计算公式，利用构造力学原理与极限弯矩理论对立柱竖向位移控制指标进展了界定，并对支撑构造允许变形状态下的内力控制指标进展了核算。给出单跨压杆式支撑及双跨压杆式支撑的平安评判指标与评判方法。3、对基坑开挖坑底隆起带动立柱隆起时，立柱桩的受力与位移模式进展了初步分析，并给出了立柱桩位移、轴力与桩周摩阻力的计算方法。立柱的竖向位移是引发支撑系统破坏的主要因素之一。由支撑构造允许变形状态下的内力控制指标反算出立柱的容许隆起位移

4、。分析了基坑宽度、围护墙插入比、下卧坚硬土层深度、被动区土体强度、围护墙侧摩阻力、地面超载等因素对基坑抗隆起平安系数的影响。摘要4、结合某地铁车站的具体情况确立了深基坑本体的平安评价指标，运用综合集成风险评估方法构建了基坑本体的平安评价模型 并根据实测结果对其平安等级进展划分并评价其平安状态。关键词：地铁车站，基坑工程，支护体系，地下连续墙，支撑构造，立柱桩，平安性评判，综合集成风险评估一一ABS认CTABSTRACTWiththedevelopmentofurbanrailtransitnetworkinShanghai，thede印excavationofmetrostationisbec

5、omingdeeper,larger,closer,mo坞andmoreadjacentanddifficultInordertopositivelyunderstandthestresslawandthesafetycharacterofsupportingsystemindeepexcavationunderconstructionInthisdissertation,throughgatheringandanalyzingagreatlotoffielddataandconstructiondocument,andregardingthedeformationofsupportingsy

6、stemofcertainmetrostation丽tlldetailrecordofworkconditionasmainresearchobjects，thechangesofinternalforceofthediaphragmwall，internalforceofbracedstructureanddisplacementandinternalforceofuprightcohmmindeepexcavationinsoftclayal'caa托researchedanddiscussed011thebasisofagreatlotoffielddataofthest

7、ationinShanghaiMetroLinesandthelogosof“dynamicdeformationanddynamiccontrol"Prilna巧contentincludesseveralpartsasfollows：1n圮ultimatebearingmomentofdiaphragmwallisdeducedintwoultimatestatusofbearingcapacityandregularservice，andthesimplifiedequationsofultimatemomentofdiaphragmwallinMetrostation

8、sareacquiredfurthertofacilitateengineeringestimationn艟curvefittingmethodofdeviationalsurveyofdiaphragmwallisintroduced,andthesimplifiedformulaofbendingrigidityofdiaphragmwallisdeducedthatissimply,practical，andeasytobeusedinpracticalengineeringBydescribingthecharacteristicofnormalanddeviantdeviationa

9、lsurveycurves,thesafetycharacterofdiaphragmwallindicatedbydeviationalsurveycurveisdiscussedonthefacetsofcumulativedeformation(ratio)anddeformationspeedrate,andtheinfluenceofdesignparametersofdiaphragmwalltodeformationisanalyzed2Onthebasisoftheanalysisofthefailuremechanismofbracedstructure，thechangem

10、entlawofstrutforceandthemaximalstrutforceofseveralmetrostationsisanalyzed1f1艟computingformulaoftheinternalforceofthebracedstructureundertheverticaldisplacementofuprightcolumnisestablished，thecontrolindexoftheverticaldisplacementofuprightcolumnisdefmedbymakinguseoftheprincipleofstructuralmechanicsand

11、theultimatebendngmomenttheory,andthecontrolindexoftheinternalforceisaccountedundertheallowabledeformationofbracedstructuren圮internalforceformulaofsteelstrut、耐mthestyleofsinglespanandpressurebarisdeduced，thepracticalformulaofultimatestrutforcewiththechangementofstrutTnABSTRACTlengthisacquiredonthecon

12、trolofstability3Totheconditionofupliftofpitbottomdrivingupliftofuprightcolumninexcavation,themodeofforceanddisplacementisinitiallyanalyzed，andthecomputingmethodsofdisplacement,axialforceofuprightcolumnandfrictionresistancearounduprightcolumnareacquired1f11everticaldisplacementofuprightcolumnisthemai

13、nfactorofthefailureofbracedsystem硒eallowableupliftdisplacementofuprightcoltmmisbackanalyzedbythecontrolindexofinternalforceintheconditionofallowabledeformationofracedstruc turen圮influenceofwidthoffoundationpit，insertionratioofdiaphragmwall，depthofdown-layingstiffsoillayer,soilstrengthofpassivedistri

14、ct,shaft；frictionresistanceofenclosurewall，overchargeongroundandetc，tothesafetycoefficientoffound靠onpitsagainstbasalheavefailureisanalyzed4Accordingtothephysicalcircumstanceofcertainmetrostation，thesafetyevaluationindexofexcavationontologyisestablished，andthesafetyevaluationmodelisestablishedbyusmgt

15、hegeneralintegrationriskassessmentmethodTheproposedmodelisthenappliedtoapracticalprojectandthesafetylevelisdistinguishedandthesafetyconditionisevaluatedKeyWords：Metrostation,excavationengineering，supportingsystem,failuremechanics，diaphragmwall，bracedstructure，uprightcolumn，syntheticintegrationriskas

16、sessment一一学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者局部的阅览效劳；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的局部或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：形孝如解7月7日经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。指导教师签名：学位论文作者签名：年月日年月日同济大学学

17、位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进展研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出奉献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承当。E9兽月形r氰年签略扫第1章引言11研究背景与意义111基坑工程现状第1章引言随着我国经济建立的高速开展，为了更充分地利用土地，一方面，高层、超高层建筑不断增加，另一方面，人们也越来越多地利用地下空间，建立大规模的市政工程如地下停车场、大型地铁车站、地下变电站、地下商场、地下民

18、防工事等。无论是高层建筑深根底的施工，还是地下空间的利用，都需要进展大规模的地下开挖，这就牵涉到大量的深基坑工程问题llJ。地铁车站基坑是深基坑工程的一个主要形式。中国城市轨道交通建立，目前正处于前所未有的建立顶峰之中，北京、上海、广州、深圳、南京、天津、杭州等城市都陆续展开了大规模的轨 道交通建立。上海作为中国经济开展的龙头，经济的持续开展和城市化水平的不断提高，将使2021年上海主城内的人口出行总量到达3700万人次日，依靠常规的地面交通体系，无法满足如此巨大的城市交通出行，必须依靠大容量的快速轨道交通系统。按照上海市轨道交通的总体规划21，远期上海轨道交通网将由17条线路(市域快速线4条

19、、市区地铁线8条、市区轻轨线5条)组成，总长约为810km，共设车站430座。截至2021年上海世博会之前，将新建包括既有线在内的13条快速轨道交通工程，全线设333座车站，平均时速35-40公里，平均站距12公里。建成后每天可接纳近800万人次，占全市客流总量的35,-40：上海中心城区市民出行将实现“500米以内有地铁，中心城区的任意点之间45分钟互通，外环线以外30分钟抵达中心城区的“5，4，3的交通战略目标，从而使上海的轨道交通跨入国内领先、世界先进展列，如图11所示。按照这个规划，近几年内，上海市每年将有近100个车站基坑和近100公里盾构区间同时旅工，这种超常开展的建立规模在世界上

20、可谓史无前例。由于上海轨道交通网的不断扩大，网络中的换乘节点越来越多，地铁工程施工深度越来越深，根据对上海市在建和拟建的95个地铁车站基坑进展的统计*I口q言结果来看，车站标准段深度超过15米的占92，超过20米的一叶31，端头井超过15米的甚垒到达了100，超过20米的占35¨J。虽然超过20米的基坑所占比例到达了31这些基坑也必定成为关注的焦点而投入了大量的人力、物力和财力，而占据总量69的开挖深度在20米以下的基坑往往被无视，在施工中由于施丁工期及施工人员平安意识缺乏等原因使得开挖深度在1520米的基坑成为平安隐患。赵锡宏、杨国祥等(1997)指r“当开挖深度接近20米时，各测

21、点的实测水平位移均出现位移速率突然增大的现象，说明此时基坑内外的土面高等所形成的加载的作用，使基坑周围土体产生较大的塑性区，引起基坑变形的加速进展，但是目前对20米以F基坑的研究比拟零碎，这使得我们对开挖深度超过20米基坑的研究存在定的困难。图1I上海城市轨道交通近期规划日112目前深基坑开挖中存在的平安问题基坑工程由于其技术复杂、涉段范围厂、影响因素多、事故频繁，在士木I程中最具挑战性。又由于基坑支护工程造价高，丌工数量多，成为各承包商争夺的重点，同时也是业主降低程造价、确保F程质量的重点。当前城市基坑工程朝着“深、大、近、紧、难、险的方向开展，此外还具有以下特点：第1章引言(1)临时性：一

22、般情况下基坑支护构造是临时 性工程，与永久性构造比照平安储藏要求小些，业主想尽量节省投资，造成平安系数降低，容易发生事故。(2)区域性，深基坑工程区域性强，如黄土地基、砂土地基、岩石地基和软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地层中，基坑工程差异性很大即使是同一城市不同区域也有差异。各地地质条件不同，必须因地制宜，外地经历只能作为参考，甚至当地经历也不能简单照搬。(3)多学科性，基坑工程是岩土工程、构造工程以及施工技术互相穿插的学科，涉及土力学、根底工程、构造力学和原位测试技术等多学科知识，是一门复杂因素交互影响的系统工程，又是理论上尚待开展的综合技术学科，对技术人员的要求很高。(4)复杂性

23、，基坑支护工程涉及的因素众多，土与水是基坑工程设计和施工的两个关键问题，但岩土性质千变万化，地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性、不均匀性，往往造成勘察所得的数据离散性很大，难以代表土层的总体情况，并且准确度较低，给基坑支护工程的设计和施工增加了难度。水土压力的取值目前也主要依据各地经历，没有成熟的理论。(5)施工周期长，从开场做围护构造到开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程，常需经历屡次降雨、周边堆载、振动、施工不当等许多不利条件，增加了很多平安隐患，平安度的随机性较大。(6)事故多发性，如今基坑的规模越来越大，基坑的开挖深度越来越深，基坑场地紧凑，周边环境复杂敏感。由于深基坑支护设计与施工者素质

24、参差不齐原因，在深基坑工程施工中经常会由于多种原因而产生各种工程事故，据调查1995年前上海市基坑发生事故率占20左右，造成重大经济损失和负面的社会影响。对于以上海地区为代表的软土高水位地区，基坑工程除了具备以上特点以外，还有其特殊性：(1)由于软土的流变特性，基坑开挖过程中存在明显的时空效应，基坑围护墙体变形与坑底暴露时间和每段开挖宽度有密切的联系。(2)在软土地区，基坑开挖过程中对周围环境的影响也存在时空效应特点，即移变化与基坑开挖时间和挖土宽度有密切的联系。(3)在软土高水位条件下开挖基坑，由于土质软弱、水压力高，很容易产生土体滑移、基坑失稳、桩体变位、坑底隆起、支挡构造严重漏水、流土以

25、致破第10qj损等病害，对周边建筑物、地下构筑物及管线的平安造成很大威胁。随者城市现代化建立的小断开展，各类地F工程越来越多，诸如地铁车站和区间隧道、越江隧道、地F车库、地F商场、地下街道、地下仓库、地下民防工事等。这些工程的共同特点是需要进展大规模的开挖，这就牵涉到大 量的深基坑工程问题，主要的手段是明挖施工.。在上海地铁l号线的成功示范效应带动r，从上个世纪的九1年代开场，中国各大型城市陆续开场了地铁的规划建立。随着地铁车站基坑开挖深度和规模的增大，基坑工程施工的难度更加突出。近些年来由于技术、绎济原因及管理币善，在地铁车站施工过程中出现了小少事故，轻那么造成邻近建筑物肝裂、倾斜，道路沉陷

26、、开裂，地下管线错似，重那么造成邻近建筑物倒塌和人员伤亡，不但延误了工期，而且产生丁不良的社会影响。罔l2基坑支护体系破坏示意图因此，如何对基坑平安进展正确的评估，对潜在的施工风险进展预报警，尽可能的碱小施二中的事故发生率，已经成为r一个亟待解决的课题。南卜深基坑的复杂受力特性以及软土工程性质的复杂性，致使现有指导支护构造设计的理论还不够成熟，也就是说理论滞后于实践，再加上设计和施I等原因，F故仍有发生。n前现有的地铁车站一般都jl进展支护体系的变形测量，对于支护体系的内力现场实测较少，为了得到更加符合支护构造实际I作状态的内力计算结果，以便JE确认识基坑支护构造的真实受力情况，冈此非常有必噩

27、通过系统研究施工过程巾作用于立护体系自身内力的动态变化情况从而确定支护体系的安伞状态。第1章引言113本文的研究意义本文基于现有理论框架，对基坑地下连续墙极限状态下的内力反分析提出合理的计算方法；对施工过程中基坑支撑轴力随工况变化规律及立柱隆起对支撑产生的附加内力进展分析研究；对立柱桩的受力模式进展了探讨，初步建立了立柱桩内力与位移的计算方法；结合专家打分法与层次分析法，采用综合集成风险评估方法对基坑支护体系的平安等级进展划分并评价其平安状态。本文的研究成果可以为现有的基坑支护构造平安等级划分提供理论依据，并可以为基坑支护构造的设计和分析方法提供参考依据，使支护构造的力学模型更加准确，受力更加

28、合理，设计更加优化。在基坑施工过程中，如果能依据现场监测值，正确方便地评判出当前基坑的平安等级，然后根据这些评判结果，采取相应的工程措施，指导施工，减少工程失效概率，确保工程平安、顺利的进展，有较大的实际应用价值。12本课题的国内外研究现状综述121基坑变形研究基坑工程的设计除要保证基坑本身和围护构造的稳定平安外，还必须了解支护构造和坑后土体的变形情况，这样才能正确评估施工过程对周围环境可能造成的影响，采取相应的措施，确保开挖施工的顺利进展，从现在上海地铁基坑工程设计的原那么来看，出于 对周围环境影响的控制，变形控制是其设计的主要原那么。N毯殛囊索10、进蜉“o20离墙体距离开挖深度0l020

29、3040，一，一，一一5一第1章引言图13墙后地表沉降分区(Peck，1969)国内外学者很早就开场了基坑变形性状方面的研究，Peck(1969)在第九届国际土力学与根底工程会议的报告上，根据美国芝加哥、挪威奥斯陆等地的现场地表观测资料，提出对不同土层分析墙后地表沉降和沉降范围的经历关系曲线以及相应的经历估算方法。如图13所示，该曲线较全面地反映了土的工程性质、场地条件和施工质量对地表沉降的综合影响【51。图14实测抗隆起平安系数与归一化最大墙体位移关系(Mana&Clough,1981)Mana(1981)通过对几个粘性土中开挖工程现场观测资料的分析发现，在普通的旅工条件下，

30、墙体最大侧向位移D麟与基坑的抗隆起平安系数存在着某种确定的关系。Maria和Clough(1981)据此结合有限元计算对工程经历进展了简化，提出了稳定平安系数法，用于估算围护构造和墙后地面的最大位移值。其具体性状如图14所示16l。Sugimoto(1986)通过对84个基坑最大地表沉降与离开墙体的距离的统计分析提出了一种计算墙后最大地表沉降的经历方法。在最大沉降与被建议的系数的关系通过基坑的地质条件来确赳7】。Thomas(1981)通过对大量实测数据和模型试验结果的比拟，得出墙体位移与地表沉降的变化规律，即墙体位移与地面沉降之比的极限值对于支撑式基坑约为06，而对于悬臂式基坑那么为16【引

31、。一6一第1章引言ay嘲拍fb噼-0，图15最大侧向变形、系统刚度及抗隆起平安系数关系(Clough，1990)Clough&ORourke(1990)对在软至中软粘土中的基坑。给出了最大侧向变形与系统刚度及基坑抗隆起平安系数三者之间的关系图表，如图15所示，图表主要被分为两个区域，一个是对采用板桩支护的基坑，另一个对采用地下墙支护的基坑。在一样的抗隆起平安系数的条件下，使用板桩支护的侧向变形要比采用地下墙支护的大。当基坑抗隆起平安系数低于15时，最大侧向变形增加得非常快唧。Hashash(1992)通过采用MIT-E3模型对在Boston的隧道工程和台湾的快速交通线中软粘土深

32、基坑工程开挖性状的预测，到达了对基坑周围的建筑设施的保护。图16给出了其最大侧向变形数值分析结果的总结，认为最大侧向变形可以被总结成开挖深度和支撑间距的函数【101图16最大侧向变形、开挖深度及支撑间距关系(Hasl蛐，1992)，O5O5抽¨m1a11i盖I，t量叠_la薯事ilrl暑I量5第1章引言0u(1993)通过台北的10个基坑工程变形的实测数 据，统计了地表沉降与墙体变形的关系，指出最大墙体变形与最大地表沉降的比值处于O51O之间并将地表沉降范围分为主要沉降区和次要沉降斟111在国内，侯学渊(1989)用以非线性的Biot固结理论为根底的有限元和无限元耦合计算方法，结合假

33、设干工程实测资料，在Peck估算隧道上方地表沉降经历公式的根底上，假定地表沉降曲线与支护侧移线形状相似，将墙体变形分为三角形和抛物线形两种模式，并分别给出了估算地表沉降的经历公式，并在上海及其它软土地区得到广泛的应用1121。另外，曾国熙(1988)、应宏伟(1997)等通过比拟支撑刚度、挡墙刚度、开挖形状和土的力学性质等对土体沉降的影响，得出了一些关于基坑形状、固结等具体因素对土体沉降影响的结论【131。李亚(1999)u4】对地层补偿法进展了修正，得出软粘土简单位移场表达式为：瓯军万，=厂+y)；引入收缩系数口，给出了位移场曲线局部的土体位移场的具体表达式。122基坑支护体系内力分析研究现

34、状支护开挖计算方法的最早提出者是Terzaghi(1943)和Peck(1943)等人，他们早在上世纪40年代就提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法。这一理论原理一直沿用至今，期间经过了许多改良与修改。我国70年代以前的基坑都比拟浅，从80年代中期我国逐渐步入深基坑的设计与施工领域。进入90年代后，为了标准深基坑工程的设计和施工，上海市、武汉市、广东省、深圳市等地区陆续编制了深基坑设计与施工的地方性法规，1997年冶金部制定了?建筑基坑工程技术标准?(YB925897)J，1999年国家建立部制定公布了国家行业标准?建筑基坑支护技术规程?(JGJl2099)t161。1基坑支护构造计

35、算研究现状与土压力理论的开展相适应，支护构造的计算理论是从古典的假定土压力为，不考虑墙体变形和横撑变形，逐渐开展到考虑墙体变形和横撑变形，直至考虑土体与构造的共同作用，土压力随墙体变化而变化。目前国内外曾采用的支护构造计算理论及方法见表11。一3一第l章引言表11支护构造计算理论及方法汇总计算理论及方法假设条件方法名称土压力自由端法、弹性线法较古典的理论不考虑墙体变形等值粱法、l2分割法不考虑横撑变形矩形荷载经历法、太沙基法等横撑轴向力、墙体弯矩土压力考虑培体变形山肩邦男弹塑性法不变化的方法张有龄法、m法不考虑横撑变形横撑轴向力、墙体弯矩土压力考虑墙体变形日本的建筑根底构造设计法规)的弹可变化

36、的方法塑性法。有限单元法考虑横撑变形土压力随墙体变位而变化共同变形理论考虑墙体变形森重龙马法 考虑横撑变形有限单元法(包括土体介质)考虑土体为非线性介质考虑墙体变形考虑分部开挖的非线性非线性变形理论考虑横撑变形有限单元法考虑施工分部开挖古典法由于其假设与实际差异较大，而难以应用于实际工程设计；解析法不能有效地计入基坑开挖时挡土构造及支撑轴力的变化过程，且用于多道支撑的深基坑挡土构造分析时，内力较实际误差较大：随着计算机的普及，有限元法开展很快，成为一种很有前途的基坑设计计算方法，但有限元法存在缺乏真实反响岩土体本构关系的模型，以及计算参数难以准确确定的缺点。孙钧、'昃学渊(19

37、88)17J在：地下构造?中详细计算了地下连续墙作为挡土构造时的静力计算理论。汪炳鉴(1983)us】等对地下连续墙内力提出较软弱地层中采用塑性法的计算公式，并采取对支撑施加轴力以调整墙体内力的计算方法。Timoshenko(1951)19建议用迭加法对各种边界条件的矩形板进展计算，认为挡土墙可以视为三边简支、一边自由的矩形板，利用三种边界条件下解的迭加，和级数展开求解待定系数，给出了均布荷载和静水压力作用下的板的挠度计算方法。P0he“(1997)团J对新加坡硬土地区两个地下连续墙支护基坑进展了监测，从测斜数据对墙体弯矩进展了反分析，结果说明墙体开裂会引起弯矩大幅下降，而墙体侧移只有很小的增

38、长。该文还对不同墙体刚度、墙体埋置深度、支撑刚一9一第1章引言度等进展了参数分析，发现在硬土中增大墙体刚度对减小墙体侧移效果不明显，而且墙体弯矩会大幅增长。硬土中墙体埋深增大对减小墙体侧移和弯矩效果也不大。支撑刚度增大对减小墙体最大侧移和弯矩效果也不明显，但增加支撑的道数效果明显马石城等【2l】从土压力和基床系数随时间变化的研究出发，提出了一种分析流变性土体中开挖支护构造内力和变形随时间变化的实用计算方法。杨小平等【22】视基坑开挖面为弹性半空间外表，应用弹性半空间内部水平荷载作用下的Mindlin解答，建立了基坑支护构造侧边土体的水平应力与水平位移之间的关系。薛惠敏等瞄】采用差分方程系数公式

39、建立差分方程计算支护构造各截面的内力和位移林国根124】通过对漳州市某污水处理厂污泥消化池基坑支护构造的变形、内力进展现场测试，分析了基坑在施工过程中的变化规律及受力特性。王印昌【25】根据钢筋混凝土受弯构件的不同工作状态，应用全过程分析方法推导出了根据实测钢筋计应力分阶段推算地下连续墙弯矩的合理计算方法。毛朝辉【26l针对自然样条无法消除测斜误差对曲率计算的影响，引入了基于最小能量法的样条 光顺处理；该法计算结果与实测结果更吻合，计算精度更好。史世雍【271考虑时空效应的子构造有限元方法进展了深基坑分析，并对支护构造内力变形的各影响因素进展敏感性分析，主要包括不同的支撑预加轴力、地下连续墙厚

40、度、深度、开挖宽度及立柱埋深等对地下连续墙内力与变形的影响。2基坑支撑构造研究现状支撑体系的整体刚度是影响基坑稳定性的重要因素之一。支撑体系的刚度主要是由三大因素决定，支撑自身的刚度、支撑的水平间距和竖向间距。Goldberg(1976)t28】通过研究指出减小支撑的水平间距和竖向间距可以大大增大支撑体系的刚度，并指出密排的水平支撑提供了和密排竖向支撑一样重要的支撑刚度。支撑体系的刚度还受到支撑自身刚度的影响，而支撑自身刚度决定于支撑所用钢的型号，支撑的截面面积，以及截面形状等等。美国学者ORourke于1981年通过研究指出支撑的刚度还受到支撑与墙体的连接方式以及预应力施加的大小，支撑弹性变

41、形量的影响。通过研究说明支撑第l章引言本身刚度对支撑体系整体刚度的影响不大，支撑的水平间距和竖向间距对支撑的整体刚度影响较大Clough和0Rourkc29j通过有限元分析得出支撑的自身刚度只占支撑体系整体刚度的20。支撑体系的刚度变化直接影响到基坑的变形和围护构造的稳定性，研究分析不同因素对支撑体系刚度变化的影响程度有助于研究不同因素对整个基坑稳定性的影响。在国内这方面的研究，报道很少。在支撑的两端施加预应力可以有效改善围护构造的受力，减少基坑的变形。支撑两端的预应力可以减少支撑体系内部的空隙，从而防止由于这些空隙而引起的围护墙体的变形。支撑两端的预应力可以增加支撑体系的有效刚度，预应力还可

42、以减少由于开挖而引起的剪切应力。美国学者Mana和Clough30l-于1981年用有限元分析了预应力对支撑变形的影响，分析结果说明在支撑两端施加预应力可以减小围护构造的变形。同时，也应该注意到预应力施加的大小必须在一定的范围之内。如果预应力施加太小达不到控制变形的效果，预应力施加过大会破坏支撑与基坑之间的连接，不利于基坑稳定。在实际的设计中，预应力的大小一般取为支撑设计轴力的50-70，这只是一个经历数值，不一定是最优值。对于预应力合理范围的方面的研究，报道较少。Thoms(1981)plJ通过大量的实测数据和模型试验结果的比拟，得出墙体的位移和地表沉降的变化规律，认为绘支撑系统施加预应力可

43、以有效地控制围护墙体变形；但是当预加荷载增大到产生刚性支撑系统时，对于减小位移的效果越来越小， 同时很高的预加荷载会使支撑荷载超过设计值并引起墙体在支撑处产生很大的负弯矩。Addenbrooke(1994)瞰】基于位移控制准那么提出了多道支撑体系的位移柔度指数，具有一样位移柔度指数的支护具有一样的最大墙体侧移、墙后沉降和支撑总荷载。蒋洪胜【33J通过对采用时空效应法施工的地铁车站深基坑开挖全过程支撑轴力及相应工况的跟踪记录，以及相应的监测数据资料的全面分析，探讨了围护构造支撑轴力变化规律，并且提出了考虑时空效应的围护构造设计中在支撑轴力方面的一些建议。冯紫良瞰J根据薄壁杆件构造理论，以杆系构造

44、非线性有限单元法和子空间迭代法等数值方法为计算内核对基坑工程中的钢支撑系统的横向承载能力进展第l章引言了分析研究，对基坑支护工程的钢支撑系统的设计施工有一定的参考价值。胡蒙达13副针对地下工程基坑围护常用的609钢管，利用平面热弹性力学的应力解法一舢ry热应力函数，计算了温度变化在钢管中引起的温度应力郑刚等p6J在采用弹性抗力法分析因温差所引起基坑支护系统内力变化研究成果的根底上，对采用一道水平支撑的支护系统，开展了一种考虑支撑一围护桩一土相互作用的估算水平支撑温度应力的简化分析法。有关基坑立柱竖向位移对支撑构造的影响研究相对较少，其中吕鹏【37l运用SAP2000分析了基坑内支撑系统受立柱竖

45、向位移的影响情况。陈卫星【33】结合工程实例对实测的立柱竖向位移与支撑轴力等进展分析研究。123基坑的稳定性研究基坑的稳定问题是基坑工程中研究较早也是至关重要的问题。基坑平安要保证其既不发生整体失稳，又不至于产生局部失稳，同时还必须让坑底的回弹、隆起量不超过容许值。对基坑稳定性问题的研究，大多从现场测试和理论分析入手，从分析方法上，可归纳为试验模拟法、经历方程法以及数值分析方法。早在50年代，8jel"rUlll和Eide(1956)就给出了分析基坑基底隆起的方法39401o0011(1993)应用有限元法，同时考虑挡墙插入深度、坚硬土层距坑底的距离、挡墙刚度等多种因素对基坑

46、隆起稳定性的影响，提出了一个预估多种支撑开挖基坑隆起稳定性的方法【4l】。Maria和Clough(1981)根据工程经历认为围护墙的最大水平位移与基底的抗隆起平安系数存在一定的关系，在解得基坑抗隆起平安系数的根底上通过查图求得最大墙体位移和开挖深度的比值，用以得到对最大墙体位移的预测值【42l。国内上海地区根据地铁一号线的建立经历，也统计了类似的关系【ll。汪炳鉴(1984)考虑了墙体、土体等的抗隆起作用和土体间摩阻力的卸载作用，推导了地下连续墙的抗 隆起稳定性的计算公式，建议平安系数取15【431陈煌铭(1987)认为：当基坑开挖深度不大时，隆起较小；当继续开挖到某一深度时，墙体左右局部的

47、塑性区在根部接通，造成了底部完全处于塑性区中，隆起量显著增加，再继续下去，就有失稳的趋势，此时开挖深度与隆起量的关系近似于双曲线关系ml。第1章引言夏明耀(1990)通过相似材料的模型试验，分别对开挖深度、地表超载和土的性质指标C，Q，丫等进展单因素的试验研究，探讨这些因素对隆起量的影响，在此根底上统计出计算基底隆起的经历公式削侯学渊(1991)曾把由于设计上的过错或施工上的不慎造成的基坑失稳分为五种形式：支撑刚度缺乏造成的构造失稳、整体滑动失稳、隆起过大造成的基坑失稳、管涌失稳和坑底承压造成的失稳4611471。基坑工程中的稳定问题实际上就是强度问题。近年来也有不少学者针对开挖卸荷后土的强度

48、变化问题开展研究工作(Mayne，1980：张诚厚，1982；魏汝龙，1984；陈永福，1990，应宏伟，1997)【鸽】【491【50】【51】【52l。一般来讲，对于重力式支护构造作稳定性验算时，主要分析其整体滑动、倾覆及滑移稳定性；而对于非重力式支护构造，那么验算坑底的隆起稳定性在实践中，基坑整体失稳的研究仍沿用土坡稳定的那一套理论，基坑隆起稳定那么引用地基承载力公式。124基坑支护体系平安综合评价研究现状国内外学者在基坑支护体系平安性状的分析及综合评价方面都进展了一定的研究，取得了一定的研究成果，与此同时，数学模型法、层次分析法、模糊综合评判法以及模糊模式识别等方法也在工程平安评价中得

49、到了很好的应用。龙小梅(2005)【53】根据目前平安评价技术结合基坑工程的特点，运用系统平安工程中的故障树分析法(简称FTA)，提出一种适合基坑工程的平安评价方法。吴静(2002)|54J采用事故树分析法对深基坑地下连续墙支护系统失败形成机制进展了探讨，并通过可靠度控制来确定支护构造变形预警指标量值。张海涛等(2003)155在分析深基坑优选影响因素的根底上，提出了方案评判的指标体系，应用模糊综合评判理论建立了基坑支护体系的模糊优选模型。廖瑛，夏海力(2004)瞪6】通过建立深基坑支护系统评价指标体系并在确定其中各指标因素权重的根底之上，运用模糊综合评判法将众多的指标因素合成为一个统一的评价

50、参数，用以评价深基坑支护系统方案的优劣程度。刘春(2004)571提出了几种主要评判因素，在建立神经网络的根底上，采用两级模糊综合评判研究深基坑的支护效果。吕培印(1999)p引综合运用系统工程、模糊数学理论，构造了深 基坑支护体系的指标体系分层递阶构造图；建立了深基坑支护体系的多层次模糊综合评判模第l章引言型，并将该方法应用于工程实际当中张尚根等(2004)【59】针对深基坑支护方案的特点，应用模糊数学理论及最小二乘法准那么构造目标函数，建立了一种适用于深基坑支护方案综合评价的模糊优化理论模型。何锡兴等(2006)唧】采用WBs与故障树法进展风险分析，建立风险清单，在此根底上采用模糊综合评判

51、模型进展风险评估，得出基坑施工风险等级。陈神龙等(2006)垆lJ针对地铁车站工程施工影响因素的随机性和模糊性特点，提出了风险评估的模糊综合评判法，采用了层次分析法确定影响因素的权重。13本文主要研究内容1、对地下连续墙的破坏模式与破坏机理进展了分析。对承载能力极限状态和正常使用极限状态下地下连续墙的极限弯矩进展了推导，并进一步给出了地铁车站地下连续墙的极限弯矩简化计算式，以方便工程估算。介绍了地下连续墙测斜位移的曲线拟合法，并推导了地下连续墙的抗弯刚度简化公式，该公式简单实用，易于在工程实践中使用。对正常及异常测斜曲线的特点进展了描述，并从累计变形(比)、变形速率的方面对测斜曲线所表征的地下

52、连续墙的平安性状进展了探讨，并对地下连续墙设计参数对墙体变形的影响进展了分析。给出地下连续墙内力与变形的平安评判指标与评判方法。2、在分析基坑支撑构造破坏机理的根底上，对施工过程中支撑轴力随工况变化规律进展分析研究并对上海各地铁车站基坑的最大支撑轴力进展了统计。推导了单跨压杆式钢支撑的内力计算公式，并给出由稳定性控制的支撑极限轴力随支撑长度变化的实用计算式。建立了立柱竖向位移引起双跨压杆式支撑构造内力变化的计算公式，利用构造力学原理与极限弯矩理论对立柱竖向位移控制指标进展了界定，并对支撑构造允许变形状态下的内力控制指标进展了核算。给出单跨压杆式支撑及双跨压杆式支撑的平安评判指标与评判方法。3、

53、对基坑开挖坑底隆起带动立柱隆起时，立柱桩的受力与位移模式进展了初步分析，并给出了立柱桩位移、轴力与桩周摩阻力的计算方法。立柱的竖向位移是引发支撑系统破坏的主要因素之一。由支撑构造允许变形状态下的内力控制指标反算出立柱的容许隆起位移。分析了基坑宽度、围护墙插入比、下卧第1章引言坚硬土层深度、被动区土体强度、围护墙侧摩阻力、地面超载等因素对基坑抗隆起平安系数的影响。4、结合某地铁车站的具体情况确立了深基坑本体的平安评价指标，运用综合集成风险评估方法构建了基坑 本体的平安评价模型并根据实测结果对其平安等级进展划分并评价其平安状态。14本课题主要创新点l、对深基坑支护体系的变形、内力等平安控制指标进展

54、了全面比拟、分析、统一和界定，使对支护体系的平安控制做到“有据可依一；对相关变形指标进展比拟和分析，从而做到保护指标间的统一和一致。2、分别计算了承载能力极限状态和正常使用极限状态下地下连续墙的极限弯矩，并给出了地铁车站地下连续墙的极限弯矩简化计算式。3、分别计算了单跨压杆式支撑和双跨压杆式支撑的内力，并对两种支撑形式的平安评判指标进展了讨论。“4、对立柱桩的内力与位移进展了分析计算。利用构造力学原理与钢筋混凝土极限弯矩理论对立柱竖向位移控制指标进展了修正和界定。5、确立了深基坑本体的平安评价指标，引入综合集成风险评估方法，结合专家打分与层次分析法构建了基坑本体的平安评价模型，对基坑本体在开挖

55、施工过程中的实测变形监测数据，对其平安等级进展划分及评价其平安状态。第2章软土深基坑地下连续墙平安性评判21概述第2章软土深基坑地下连续墙平安性评判在软土地区深基坑工程中，往往采用地下连续墙、SMW工法、钻孔灌注桩结合内支撑的围护体系。在上海软土地区，地铁车站主体基坑普遍采用地下连续墙作为围护墙。地下连续墙在整个基坑支护体系中属于受弯构件，受水土压力、支撑反力和地面超载等一系列荷载的共同作用。本章从强度和稳定性的角度出发，结合极限状态、设计控制值等，对于地下连续墙的内力和变形进展了分析，并确定对地下连续墙平安状态进展评判的限值。22地下连续墙破坏模式、破坏机理与平安评判指标221地下连续墙的破

56、坏模式基坑破坏前的围护墙体的破坏可归结为强度破坏(墙体折断)与失稳破坏(墙体倾覆、墙体踢脚)表21基坑破坏前围护墙变形性状变形性状示意图基坑破坏模式一f围护构造折断墙体折断围护构造渗漏第2章软土深基坑地下连续墙平安性评判墙体倾覆厂围护构造内倾破坏彦，r。一N踢脚破坏基坑系统失稳墙体踢脚支护构造整体失稳坑底管涌破坏坑底隆起破坏222围护墙体破坏机理(1)围护构造折断由于施工抢进度，超量挖土，支撑架设跟不上，使围护墙缺少大量设计上必须的支撑，或者由于施工单位不按图施工，抱幸运心理，少加支撑，致使围护墙应力过大而折断或支撑轴力过大而破坏或产生大变形。y一I，。，、一、·。，t了7，、，J，

57、、图21围护构造折断示意图(2)围护构造渗漏在饱和含水地层，由于围护墙的止水效果不好或止水构造失效，致使大量的水夹带砂粒涌入基坑，严重的水土流失会造成支护构造失稳和地面塌陷的严重事故，还可能在墙后形成洞穴后突然发生地面塌陷。第2章软土深基坑地下连续墙平安性评判辫残猬穴傅向地面坍一爿移动。黝-，JJl劾2z飞膨燃1黝图22围护构造渗漏示意图(3)围护构造内倾破坏由于支撑设计强度不够，或由于加支撑不及时，或由于坑内滑坡，围护墙自由面过大，使已加支撑轴力过大，或由于外力撞击，或由于基坑外注浆、打桩、偏载造成不对称变形，导致围护墙四周向坑内倾倒破坏，俗称“包饺子一。一，、，、，、L，、r，v、，7，、I¨图23深基坑工程事故分类图(4)踢脚破坏由于支护体系设计刚度太小或围护构造插入深度不够或坑底土质差，周围土体的压缩模量又很低，被动土压力小，造成支护构造踢脚失稳破坏。图24踢脚破坏示意图18-第2章软土深基坑地下连续墙平安性评判(5)基坑系统失稳由于支撑的设计强度不够或者由于支撑架设偏心较大达不到设计要求而导致基坑失稳；有时也伴随着基坑的整体滑动破坏。C：，、r气、itj例7、爷、。、l-乙·+、，7、I一、。：、oj图25深基坑工程事故分类图(6)支护构造整体失稳设计不合理，支护构造底