基坑工程时空效应演示文稿

基坑工程时空效应演示文稿当前第1页\共有119页\编于星期日\21点基坑工程时空效应当前第2页\共有119页\编于星期日\21点课程内容（二）施工方法的选择时空效应规律时空效应施工工艺时空效应法施工参数基坑内地基加固深基坑施工各道工序可能出现的问题及处理方法当前第3页\共有119页\编于星期日\21点课程内容（三）深基坑施工环境保护技术监测数据的判读、险情征兆、抢险措施信息化施工监控技术基坑工程的发展当前第4页\共有119页\编于星期日\21点研究生课程《基坑工程总论•

深基坑工程》第九课当前第5页\共有119页\编于星期日\21点时空效应的原理和施工方法当前第6页\共有119页\编于星期日\21点第一部分

概述当前第7页\共有119页\编于星期日\21点日本某基坑工程（采用大面积注浆加固，图中为注浆设备）

新加坡某基坑工程（为保护距基坑22m的地铁隧道，采用2层2.5m厚的旋喷注浆满膛加固坑内土体）Boston某基坑工程（为保护周围环境采用密集支撑）

国外为解决软土基坑周围的环境保护问题，常采用坑内满膛加固、设置密集支撑等方法，工期长，代价大。当前第8页\共有119页\编于星期日\21点

在上海软土地区，若在基坑变形预测中不考虑软土流变特征，并在施工中缺乏及时有效的监控手段，基坑变形预测值和实测值会存在较大差异，给基坑周围环境保护带来很大的困难。当前第9页\共有119页\编于星期日\21点时空效应理论和方法的特征时空效应理论和方法的最重要特征在于：在软土基坑变形的预测和监控中，定量地考虑施工因素的影响。当前第10页\共有119页\编于星期日\21点第二部分

时空效应的基本原理当前第11页\共有119页\编于星期日\21点

上海软土流变试验曲线1、应力水平越低、蠕变时间越短，流变位移越小；2、土体在排水固结条件下要比不排水条件下稳定。当前第12页\共有119页\编于星期日\21点当前第13页\共有119页\编于星期日\21点

通过对流变试验和大量相关研究，可以取得有关控制软土深基坑变形的几点重要启示：一、分层分块开挖能够有效地调动地层的空间效应，以降低应力水平、控制流变位移。二、减少每步开挖到支撑完毕的时间，即无支撑暴露时间，可明显控制挡墙的流变位移，这在无支撑暴露时间小于24小时效果尤其明显。三、解决软土深基坑变形控制问题的出路在于规范施工步序和参数，并将其作为实现设计要求的保证。时空效应规律当前第14页\共有119页\编于星期日\21点

当施工参数和地基土参数、支护结构参数一起被作为基坑变形预测的计算参数，就能合理准确地预测软土基坑周围地层位移。当前第15页\共有119页\编于星期日\21点长条形基坑施工工序和参数当前第16页\共有119页\编于星期日\21点当前第17页\共有119页\编于星期日\21点每步开挖宽度B无支撑暴露时间Tr基坑角部的斜支撑部分每层施工工序和参数车站端头井施工步序和参数当前第18页\共有119页\编于星期日\21点

大宽度、不规则基坑施工工序和参数当前第19页\共有119页\编于星期日\21点主要施工参数1、开挖深度Hj2、开挖层数3、每层开挖厚度4、每步开挖尺寸5、每步开挖无支撑暴露时间天然地基土参数：Cu，Ps加固体参数：Cu’，Ps’被动区加固预留土堤土堤基坑挡墙大宽度不规则基坑施工步序和参数当前第20页\共有119页\编于星期日\21点第三部分工程应用当前第21页\共有119页\编于星期日\21点一、长条形基坑工程实例当前第22页\共有119页\编于星期日\21点地铁一号线徐家汇车站当前第23页\共有119页\编于星期日\21点(a)原设计开挖支撑方案(b)优化后的开挖支撑方案地铁二号线东方路车站(通过调整开挖空间和时限来减少变形)当前第24页\共有119页\编于星期日\21点二、地铁车站端头井工程实例当前第25页\共有119页\编于星期日\21点第三层土方开挖中的变形增量减至3mm

开挖第二层土时东端墙最大水平位移增大至6mm超过了警戒值

调整施工参数控制地墙位移地铁二号线人民公园车站当前第26页\共有119页\编于星期日\21点当前第27页\共有119页\编于星期日\21点三、不规则基坑工程实例当前第28页\共有119页\编于星期日\21点当前第29页\共有119页\编于星期日\21点新世界商厦剖面图当前第30页\共有119页\编于星期日\21点新世界商厦支撑平面图当前第31页\共有119页\编于星期日\21点新世界平面图当前第32页\共有119页\编于星期日\21点当前第33页\共有119页\编于星期日\21点当前第34页\共有119页\编于星期日\21点当前第35页\共有119页\编于星期日\21点当前第36页\共有119页\编于星期日\21点香港广场当前第37页\共有119页\编于星期日\21点当前第38页\共有119页\编于星期日\21点车站及其周围环境示意图二当前第39页\共有119页\编于星期日\21点车站及其周围环境示意图一当前第40页\共有119页\编于星期日\21点地下连续墙施工期间东海大楼沉降西西东当前第41页\共有119页\编于星期日\21点实施变形控制措施前的工况该工况下东海大楼东西向沉降当前第42页\共有119页\编于星期日\21点变形控制措施之一优化开挖步序和开挖参数原开挖步序和参数当前第43页\共有119页\编于星期日\21点调整后的西标段施工步序和参数挖土参数作以下调整：1、将运土通道移至超载较小的北面2、将西标准段的每小段开挖宽度由6m减少至3m，无支撑暴露时间减为16hrs，而东标准段因位移较小，仍维持原施工参数。变形控制措施之一优化开挖步序和开挖参数当前第44页\共有119页\编于星期日\21点调整开挖参数前后的基坑挡墙变形计算值对比当前第45页\共有119页\编于星期日\21点157#地块基坑周围环境示意图当前第46页\共有119页\编于星期日\21点157#地块基坑周围环境示意图当前第47页\共有119页\编于星期日\21点基坑开挖参数示意图预留土堤宽度10m每小段开挖宽度6～8m每小段在18小时之内开挖并支撑当前第48页\共有119页\编于星期日\21点研究生课程《基坑工程总论•

深基坑工程》2001年12月18日第十课当前第49页\共有119页\编于星期日\21点当前第50页\共有119页\编于星期日\21点当前第51页\共有119页\编于星期日\21点当前第52页\共有119页\编于星期日\21点当前第53页\共有119页\编于星期日\21点时空效应方法的设计与计算计算方法(经验公式、半理论半经验解析法、杆系有限元法、平面有限元法、三维有限元法)主要计算参数的取值(以土压力、被动抗力系数的取值为例)时空效应法的计算就是定量地考虑施工因素的影响的方法当前第54页\共有119页\编于星期日\21点基坑挡墙位移内力二维计算模型Pa——Rankine主动土压力Kh——弹性计算条件下的被动抗力系数FPa——实测土压力bKh——等效水平基床系数q——地面超载K——水平土压力系数当前第55页\共有119页\编于星期日\21点当前第56页\共有119页\编于星期日\21点基坑挡墙计算模型支撑系统的计算模型挡墙位移内力的三维计算模型1、采用子结构方法和增量法，并考虑基坑挡墙和支撑系统的位移协调；2、为考虑时空效应规律，被动区抗力系数取值为abKh

，其中bKh为二维计算中的等效水平基床系数，a则根据预留土堤宽度B确定。当前第57页\共有119页\编于星期日\21点基坑周围地层位移计算当前第58页\共有119页\编于星期日\21点当前第59页\共有119页\编于星期日\21点当前第60页\共有119页\编于星期日\21点当前第61页\共有119页\编于星期日\21点

运用上海经验公式，根据计算的基坑挡墙位移，可以预测墙后的纵向和横向地表沉降。当前第62页\共有119页\编于星期日\21点

采用弹性平面有限元方法，并以计算的基坑挡墙位移为边界条件，可以预测墙后的地层位移场。当前第63页\共有119页\编于星期日\21点

纵向沉降数值分析当前第64页\共有119页\编于星期日\21点当前第65页\共有119页\编于星期日\21点当前第66页\共有119页\编于星期日\21点

弹性三维有限元方法可定性地预测大型基坑在不同开挖步序条件下的地层位移分布特征，其计算结果可作为确定合理的开步序的依据，以避免邻近保护对象在开挖过程中出现过大的差异沉降。当前第67页\共有119页\编于星期日\21点当前第68页\共有119页\编于星期日\21点当前第69页\共有119页\编于星期日\21点当前第70页\共有119页\编于星期日\21点

纵向沉降数值分析当前第71页\共有119页\编于星期日\21点纵向沉降的变化规律当前第72页\共有119页\编于星期日\21点计算参数的取值当前第73页\共有119页\编于星期日\21点土压力的取值当前第74页\共有119页\编于星期日\21点现场实测土压力地铁2号线陆家嘴车站某断面实测土压力随工况变化图当前第75页\共有119页\编于星期日\21点侧压力系数随开挖深度的变化当前第76页\共有119页\编于星期日\21点水平侧压力系数K随开挖深度的变化图当前第77页\共有119页\编于星期日\21点侧压力系数随时间的变化当前第78页\共有119页\编于星期日\21点地铁1号线所得到的土压力与时间的关系图当前第79页\共有119页\编于星期日\21点当前第80页\共有119页\编于星期日\21点当前第81页\共有119页\编于星期日\21点当前第82页\共有119页\编于星期日\21点当前第83页\共有119页\编于星期日\21点DW4-51断面处各深度（h=4、6、8、10、12、14m)的土压力与位移的变化图当前第84页\共有119页\编于星期日\21点期货大厦测试断面的各深度（h=12、16、20m)土压力随位移的变化图当前第85页\共有119页\编于星期日\21点土压力实用取值方法

基坑保土性侧压力系数K

护等级 一级 软粘土0.75～0.55

二级 软粘土0.70～0.50

三级 软粘土0.625～0.45当前第86页\共有119页\编于星期日\21点由支撑轴力来估算主动土压力系数公式当前第87页\共有119页\编于星期日\21点Calculationformulaofactiveearthpressure当前第88页\共有119页\编于星期日\21点当前第89页\共有119页\编于星期日\21点当前第90页\共有119页\编于星期日\21点 5m 15m

计算实测比值计算实测比值

(Mpa)(Mpa)(Mpa)(Mpa)

挖土至3m0.0357 0.03470.970.1360.1310.96挖土至5m0.0560.03360.940.1350.1150.85挖至6.5m0.03460.03210.920.1350.1080.80放坡阶段0.0347 0.03270.940.1350.1130.83 土压力计算值与实测值比较当前第91页\共有119页\编于星期日\21点孔隙水压力测值与由水位值计算出的静止水压力的平均值随工况变化的比较表

5m 15m

静水压值孔压力值比值静水压值孔压力值比值

(Mpa）(Mpa)(Mpa)(Mpa)

挖土至4m 0.0305 0.0165 0.47 0.135 0.0969 0.71 挖土至10m 0.0339 0.0180 0.53 0.134 0.0942 0.70 挖土至14m 0.0336 0.0175 0.52 0.134 0.0919 0.68 端头井浇底板 0.0323 0.0177 0.54 0.132 0.0929 0.70 端头井浇中板 0.0324 0.0182 0.52 0.132 0.0941 0.71 端头井浇顶板 0.0330 0.0181 0.54 0.133 0.0991 0.74 标一段浇中板 0.0342 0.0189 0.55 0.134 0.103 0.77 标一段浇顶板 0.0344 0.0194 0.56 0.134 0.0983 0.73 结构封顶后 0.0376 0.0211 0.56 0.138 0.106 0.76 当前第92页\共有119页\编于星期日\21点反算出的土压力项的侧压力系数

工况号

实测孔隙水压力

对应的实测土压力

反算出的Ks

5m深 15m深 5m深 15m深 5m深 15m深

工况1（挖土深3m） 0.0347 0.136 0.06348 0.23517 0.58 0.69

工况2（挖土深5m） 0.0336 0.115 0.05685 0.20175 0.47 0.61

工况3（挖土深6.5m） 0.0321 0.108 0.05215 0.1795 0.40 0.50

护坡阶段 0.03217 0.113 0.06007 0.1876 0.56 0.52

当前第93页\共有119页\编于星期日\21点被动抗力系数的取值当前第94页\共有119页\编于星期日\21点实测被动区土压力当前第95页\共有119页\编于星期日\21点现场实测的被动土压力当前第96页\共有119页\编于星期日\21点现场实测的被动土压力当前第97页\共有119页\编于星期日\21点当前第98页\共有119页\编于星期日\21点当前第99页\共有119页\编于星期日\21点Kh值与时间的关系当前第100页\共有119页\编于星期日\21点Kh值与土性的关系当前第101页\共有119页\编于星期日\21点Kh值与开挖空间的关系当前第102页\共有119页\编于星期日\21点Kh值与地基加固