地铁深基坑支护结构变形预测分析与应用

1、地铁深基坑支护构造变形预测分析与应用摘要:随地铁深基坑施工的进展,为确保施工平安,都采取降水措施,深基坑侧面土体由于失水而导致其物理力学性状不可防止的发生变化,因此基坑侧面土体的值也是不断变化的。利用现场监测的深基坑支护构造变形信息资料,结合参数优化反分析土体值,根据现场地质资料和优化后的参数通过有限元计算对深基坑支护系统进展变形预测,及时调整开挖方案和支护参数,此方法可以有效地指导基坑施工,使得基坑围护构造的变形始终处于可控制状态,以确保施工平安。关键词:深基坑;反分析;变形预测;支护构造1引言以变形大小作为控制手段的深基坑动态设计方法正受到人们的普遍重视,因为支护构造的变形是基坑开挖过程中

2、支护构造与土互相作用的直观反映,又是支护设计应用于现场实际,与现场地质和施工情况的互相作用的详细反映,假如能根据支护周围土体参数和支护构造的相关参数事先预测支护构造的变形量,将最不利情况的预测值作为控制支护构造变形的戒备值,将对保证基坑平安施工具有重要的意义。利用深基坑支护开挖过程中所获工况的监测信息,采用优化反分析来反演土体及支护构造力学参数,然后通过有限元计算预测下一工况的桩墙变形量、内力及支撑力,把计算值作为支护构造的控制值,通过根据现场实际调整施工方案和支护参数,随着施工的进展,继续采集下一施工阶段的相应信息,进展参数反演,计算预测下一工况的桩墙变形量等,如此反复循环,进步预测值准确度

3、。2预测原理预测原理实际上是先做反分析,然后再做正分析,即以每一工况位移监测信息为根底,选择适当的土体力学模型及相应的边界条件,然后建立目的函数,利用优化方法来搜索与实测值逼近的土体参数及支护构造力学参数,然后把这里参数用于下一步工况的计算参数,再对支护体系变形进展预测,结合监测对支护体系变形进展控制。2.1建立目的函数以基坑开挖的每一工况监测信息为根底的反分析方法目的函数一般为:式中()为支护构造上测点的程度位移的计算值,为支护构造上测点的程度位移的实测值;表示土体的值、支撑刚度系数、桩墙刚度等;为测点总数。2.2桩体任意处位移计算支护构造的位移计算采用弹性地基梁有限元法,计算的最终结果是单

4、元节点处的内力及变形,而实测点的位置可能不在节点处,为了反映施工过程的动态响应,以及目的函数值的求解,需要给出监测点任意位置设置和任意施工阶段的监测信息增量,那么任一单元上测点的程度位移可用线性插值法求得,计算公式为:式中,1,2分别为测点所在单元两端点的坐标;1,2分别为点所在单元两端点的程度位移计算值;为测点的程度位移;为测点的坐标(坐标原点为桩墙顶点)。2.3监测数据采集现场测量桩体倾斜的测斜仪按0.5点距由下往上逐点进展读数,即将测斜管分成了个测段(见图1),每个测段的长度=500,在某一深度位置上所测得的两对导轮()之间的倾角,通过计算可得到这一区段的变位。计算公式为:=(3)某一深

5、度的程度变位值可通过区段变位的累计得出,即:计算时假定管底作为基准点,由下而上累计计算某一深度的变位值,直至管顶,然后再根据测得的该点桩顶位移对程度变位值进展修正。但是不管基准点设在管顶或管底,计算变位值总以向基坑侧变位为正,反之为负。将在围护构造中同一测斜管的不同深度处所测得的变位值,点在坐标纸上连接起来,便可绘制出桩体的程度变位()曲线。2.4数据优化处理(1)现场监测的数据常常由于测量仪器、操作人员、施工状态或测点受到干扰破坏等各种情况而引起监测点数不够理想、不够充足,常求助于拉格朗日插值或样条函数插值的方法进展数据处理。(2)由于环境及人为读数引起的误差在实际监测过程中无法防止,为了消

6、除这种误差对反分析结果的精度影响,必须对监测数据进展平滑处理,详细过程见参考文献33工程应用天津地铁营口道车站3号线基坑埋深14.753,采用钢筋混凝土钻孔灌注桩外加水泥搅拌桩止水帷幕的围护型式,灌注桩规格为10001200,桩长25.6,基坑在压顶梁中心高度位置及往下3.75、6.75和11.15处共设四道60014的钢管横支撑,土的物理性质如表1所示。转贴于论文联盟.ll.该工程地处繁华市区,周围分布有重要建筑及电缆、煤气管和水管等多根管线。挖土和施工步骤如图2所示:工况1为开挖-3.0处,工况2为在-0.5处架设第一道支撑,工况3开挖到-6.8处,工况4为在-3.75处架设第二道支撑,工

7、况5为开挖到-10.7处,工况6为在-6.75处架设第三道支撑,工况7为开挖到坑底-14.75处,工况8为在-11.15处建立第四道支撑。本文限于篇幅,只介绍工况3、工况6与工况8预测曲线与实测曲线进展比照说明。基坑开挖时对变形预测的方法为以工况3的监测信息为根底,反演土体参数值。根据反演出的参数来预测工况6的墙体变形量。又以同样的方法,根据工况6的监测信息,反演土体参数值,据此预测工况8的墙体变形量。反演确定的参数值如表2。工况3与工况6的实测与预测曲线比照见图3。工况8的预测与实测曲线见图4。说明1:图中3-1为按照设计标准和经历值预测变形曲线,3-2为现场监测实际测量变形曲线,3-3为反

8、分析之后参数优化之后的变形曲线,6-1为工况6预测变形曲线。说明2:如图4,其中6-1为工况3时预测曲线,6-2为实测变形曲线,8-1为预测曲线,8-2为实测曲线。由图3和图4可见,根据监测资料进展反演之后的预报误差由工况3利用经历值预测与实测的最大误差3.75,降低到工况6的预测最大误差为3.1,随着利用现场监测资料的进一步反演、优化参数,工况8的预测误差为2.2,预测变形曲线也越来越与实测变形曲线相拟和。土体的地基反力比例系数值是随开挖过程而不断变化的,应用反演方法可以较准确的反演不同工况下的值,同时能以上一工况的开挖信息,较准确的预测下一步工况的桩体变形,而且预测的曲线拟和程度很好,预测

9、的精度大大增加。4结论(1)基坑开挖维护构造变形预测方法在天津地铁深基坑的施工应用中是比拟准确的,是成功的。(2)经过维护构造参数反演和优化,可以准确预测维护构造的最大变形,预测值可以作为戒备值指导施工。(3)参数优化反分析技术,根据现场监测信息资料,可以较准确的反演各工况下与实际相符的土体参数及支护构造力学参数,通过上一工况的优化反演参数值对下一工况不仅可以作出较准确的变形预测,而且变形预测曲线与实测曲线也拟和得很好。(4)在基坑开挖过程中,土体参数随开挖过程而不断变化,通过实验及经历确定的土体参数及支护构造力学参数,具有较大的随机性,因此根据初始取值来预测墙体侧向位移是不够准确的。参考文献:1陈忠汗等著,邵华.深基坑工程.北京