考虑既有地铁车站阻隔效应的基坑抽水致沉模型试验研究

城市既有地下结构可对地下水运动和土体运移产生阻隔效应，已有研究表明该阻隔效应或加剧、或减小抽水沉陷，而具体的规律与地下结构类型及其分布和所在位置有关。以坑外已有地铁车站结构的阻隔效应为例开展室内模型试验研究，通过在基坑–地层–车站结构物理模型中安装变形与应力传感器，全过程实时监控该条件下基坑抽水引起的坑外水位与水头变化、地面沉降、围挡侧移及其两侧水/土压力变化等，并将所有监测结果与同样抽水条件下坑外无地铁车站的模型试验结果进行对比，揭示地铁车站结构阻隔效应对基坑抽水致沉的影响机制。研究表明：在同样的基坑抽水设置和操作下，有阻隔效应时的基坑涌水量更小、坑内外最大水位降深和坑外地面沉降更大、围挡侧移更小。基坑设计中可考虑阻隔效应的影响而适当减少坑内抽水井数量以实现同样的基坑抽水效果，并应评估阻隔效应对基坑变形的影响从而得到更合理的基坑支护设计。     

松散承压含水层地区深基坑降水三维渗流与地面沉降耦合模型

以上海环球金融中心基坑降水为例,根据基坑降水过程中有效应力和孔隙水压力的转化关系,建立了基坑降水与地面沉降的耦合模型,并采用有限差分数值模拟方法,模拟了在多层含水层复合存在、含水层最深底板埋深达145 m、基坑周围挡水连续墙埋深达34 m、抽水井埋深达55 m、抽水井过滤器埋深为34～55 m,单井抽水量为1420 m3/d的8口抽水井联合降水情况下,基坑中心下伏第Ⅰ承压含水层上部降压段水位降至埋深26 m时的地下水复杂流动状态及其地面沉降特征。经后续工程验证,该结果正确、可靠,该理论用于模拟预测此类地区深基坑降水引起的地下水流场变化及其地面沉降具有较高的可信度。     

深基坑降水引起的地面沉降预测

由于上海地区有较高的承压水位,深基坑施工时,为了基坑的稳定,有时需要大深度的降水来保证。由于基坑内外地下承压水连续相通,降水影响范围大,引起坑外地面产生沉降,对周围建筑物和管线造成不利影响。针对浅层承压含水层基坑降水,以粘弹性理论和随机介质理论为基础。推导了一种新的基坑降水引起地面沉降的计算方法。该方法通过Merchant流变模型模拟抽水条件下土的应力一应变关系来反映抽水引起含水层变形的时间效应,以随机介质理论反映地面沉降的空间分布规律,能够较好地预测基坑降水引起的地面沉降。最后通过计算实例对该方法进行了验证。     

深基坑降水引起的地面沉降预测

由于上海地区有较高的承压水位,深基坑施工时,为了基坑的稳定,有时需要大深度的降水来保证.由于基坑内外地下承压水连续相通,降水影响范围大,引起坑外地面产生沉降,对周围建筑物和管线造成不利影响.针对浅层承压含水层基坑降水,以粘弹性理论和随机介质理论为基础,推导了一种新的基坑降水引起地面沉降的计算方法.该方法通过Merchant流变模型模拟抽水条件下土的应力-应变关系来反映抽水引起含水层变形的时间效应,以随机介质理论反映地面沉降的空间分布规律,能够较好地预测基坑降水引起的地面沉降.最后通过计算实例对该方法进行了验证.     

基坑降水对支护结构和地面沉降影响的有限元分析

为了开封玉皇阁保护工程设计研究,对玉皇阁基坑降水进行了有限元分析,考虑了土体降水后固结和支护结构产生变形共同作用下基坑土体的沉降。结果表明,降水瞬时沉降、支护结构位移及土体固结都对地面沉降有影响:降水的影响范围广,土体沉降大且和降水后的地下水位高度有关;支护结构变形的影响区域较小,约在基坑深度范围内;固结沉降较小。采取止水帷幕和坑内降水方法能有效降低坑外的地下水位降深,若同时采取坑外补水方式则更能有效弥补坑外地下水位的降差,对维护坑外周围土体沉降有更好的作用。其结果可为古建筑保护的基坑降水工程提供参考。     

隔水帷幕对深基坑降水开挖变形控制的影响

依托杭州沿江大道地下综合管廊深基坑工程,土体采用HSS模型进行有限元数值模拟,分析基坑降水开挖下基坑及邻近管线的变形,模拟结果与监测结果吻合较好,验证了有限元计算模型和参数选取的合理性。基于模拟提出隔断式基坑降水优化方案,并研究稳态渗流下隔水帷幕插入深度不同时基坑及邻近管线的变形响应。结果表明:随着悬挂式隔水帷幕深度加深,坑内外水头差线性增大,围护结构侧移峰值线性增大,管线竖向位移、坑外地表沉降线性减小;相较于悬挂式隔水帷幕,隔断式隔水帷幕对控制基坑降水引起的坑外地表沉降及邻近管线变形均有着显著优势,但对于围护结构变形控制则不利。     

基于数值模拟的富水砂砾地层深基坑降水方案优化

针对深厚的富水砂砾潜水含水层中的深基坑降水问题,本文以沈阳某地铁车站深基坑降水工程为依托,采用数值模拟方法,对比分析了富水砂砾地层中无挡水帷幕及不同挡水帷幕深度下深基坑降水至安全水位时的总抽水量、基坑内外水位及降水引起的坑外地表沉降。研究结果表明:挡水帷幕的存在可以很大程度地减少基坑总抽水量及坑外地表沉降;挡水帷幕的深度在一定值时,可以大大减少降水对环境的影响;综合考虑工程对环境的影响与抽水量,得到了最优化的基坑降水方案,即挡水帷幕深为35m、降水井深为32m。     

潜水地区深基坑降水引起地面沉降的抽水试验及其简化计算

以兰州地铁1号线马滩站深基坑工程为依托,根据场地工程地质和水文地质条件,设计单井抽水试验及完整基坑降水工程,并完成了现场监测工作。得到各自的地下水位及地表沉降量的变化规律,对比发现两者水位变化趋势、沉降量基本相同。在裘布依假定的前提下首先求出基坑降水后地下水位的降落曲线方程,忽略土体的侧向变形及群井效应对降水效果的影响,采用分层总和法分别计算水位降落曲线上下疏干土与饱和土的地面沉降量,叠加后得到最终坑周地面沉降量。采用大型有限元软件对该基坑降水工程进行数值模拟,现场监测数据与数值计算及理论计算结果基本吻合,表明本文提出的计算方法具有较高的工程实用价值。     

基坑封闭试验对围护结构及周边环境影响分析

基于上海软土地区某深基坑工程地下连续墙施工完成后的封闭性试验,分析围护结构及首道撑施工完成、基坑开挖前的承压水降水试验引起的围护结构变形实测数据,通过理论计算分析由此引起的坑外地面沉降.得到的主要结论有:复杂敏感环境基坑工程开挖前封闭性试验的环境影响不容忽视,封闭性试验引起的围护结构最大侧向位移达开挖深度的0.12％.邻地铁侧设置小坑可以有效减小承压水降压引起的基坑外围地下连续墙变形及坑外地表沉降.小基坑外侧地下连续墙最大水平位移约为大基坑地下连续墙最大水平位移的30％.小基坑地下连续墙外侧地表最大沉降约为大基坑地下连续墙外最大地表沉降的35％.     

含水层越流情况下基坑降水引发变形机理及控制措施

在天津等沿海地区，地层中通常分布有多个承压含水层，由于隔水层厚度不均匀，且常包含粉土、粉砂透镜体，各含水层间存在水力联系的现象较普遍。天津某地铁车站基坑开挖前的降水试验中，基坑外水位发生大幅下降，实测地连墙侧移与坑外地表沉降分别达到允许变形的29.0%和73.5%。基于此案例，采用三维有限元对含水层越流情况下基坑降水引发的变形机理、规律和影响区进行研究，并对降水引发坑外沉降的控制措施进行了对比研究。结果表明，含水层越流导致基坑内外存在水力联系时，坑内降水引发的坑外沉降由支护结构侧移和水位下降共同导致，沉降区根据诱发机理可分为两部分，距基坑2倍降水深度以内为支护结构侧移和水位下降复合影响区，以外为水位下降影响区。降水井底部弱透水层高渗透性引发越流将增大坑内水位降深，从而增大地连墙变形及其引发的坑外沉降。地连墙墙趾处弱透水层高渗透性引发越流将增大基坑内外水力联系及坑外沉降，但会减小地连墙变形。对于含水层越流风险高的地层，疏干降水建议采用“深浅井”方案以更好地实现按需降水和基坑变形控制；回灌和加深止水帷幕截断基坑内外水力联系均可较好控制坑外水位下降，但切断水力联系会导致支护结构侧移增大，对于...     

对启东市中医院综合病房楼基坑支护设计的几点反思

本文对有邻近建（构）筑物基坑,习惯设置止水结构方案提出异议,而应代之以半止水或放坡降水开挖;对支护结构本身刚度大小控制坑缘位移的重要性作了提示,并对坑缘位移与坑外邻近建（构）筑物沉降量的依存关系作了初步探讨。     

基坑降水引起地面沉降的数值分析

分析了基坑降水引起地面沉降的机理,讨论了基坑降水过程中有效应力及孔隙水压力变化对土层不均匀沉降的影响机制;运用ABAQUES岩土三维建模分析软件建立了水-土耦合模型,并结合基坑降水工程实测数据分析,模拟结果较好。进一步分析降水深度对地面沉降的影响,结果表明,随着降水深度的增大,基坑降水引发的地面沉降越大。     

内隔墙对开挖前抽水引发软土区地铁深基坑变形的控制效果

目前,基坑领域绝大多数研究均忽略了开挖前抽水引起的围挡侧移,如何有效控制这部分变形对于软土区深基坑施工有较大意义。提出合理布置内隔墙进行变形控制的理念,通过开展基坑抽水模型试验与三维数值分析,探究内隔墙对于限制开挖前抽水引发基坑变形的有效性,并进一步研究不同内隔墙间距对变形控制效果的影响。研究表明,单幅内隔墙的变形控制有一定影响范围(约内隔墙两侧各30 m),内隔墙位置处变形控制效果最强,远离内隔墙位置变形控制效果逐渐减弱;可通过合理设置内隔墙间距(d),利用相邻内隔墙变形限制的叠加效应来控制基坑整体变形。研究发现,当d5B时(B为基坑宽度),内隔墙对基坑整体变形的限制效果开始显现,当d3B时,内隔墙将体现较明显的变形限制作用。     

深厚承压水层下临江深大基坑工程支护结构设计与实践

基于上海世博B06地块深大基坑工程，根据场地临近黄浦江、场地分布有深厚承压水层、周边环境非常敏感等条件，采取了分坑施工、悬挂式止水帷幕和坑外设置回灌井等一系列技术措施。通过现场单井抽水试验，取得了承压水含水层的详细水文力学参数；通过现场群井抽水试验，获得了承压水水位降深与地面沉降的初步关系。采用数值分析方法建立三维渗流模型，研究了不同止水帷幕深度下，坑内降压对坑外环境的不利影响，并结合坑外环境对象的保护要求，确定了合理的悬挂式止水帷幕深度(42m)。实施结果和监测数据表明，采取的技术措施有效地减小了基坑坑内降压引起的坑外水位降深，保证了周边环境的安全。     

深基坑工程对邻近车站结构的影响分析

以广东省珠海市某邻近车站结构的深基坑工程为背景,采用数值模拟分析方法,分析基坑开挖对既有车站结构的变形影响,同时研究基坑工程与车站结构的水平间距、坑底加固参数等因素对邻近车站结构和基坑变形的影响分析。计算结果表明,基坑与车站结构的水平间距在2.00H(H为基坑挖深)范围内,基坑开挖使车站结构发生明显地向基坑方向偏移的水平位移,在水平间距为0.75H范围内,车站结构发生背向基坑倾斜的竖向位移;在水平间距为2.50H范围内,既有车站结构对基坑围护结构水平变形存在限制作用;合理地增大加固参数能有效减小基坑变形和车站结构变形,但超过一定范围,加固效果不明显,还会增加工程造价。     

马普托大桥超深基坑地下水三维渗流模拟计算

高水位地区深基坑工程实践中,多以止水帷幕辅以基坑降水的方式进行地下水的处理。场地水文地质参数的选取、降水方法的选择,以及止水帷幕是否达到良好止水效果等是关系到基坑降水成功与否的几个重要因素。莫桑比克马普托大桥南锚碇基坑直径50m,挖深超过36m,止水帷幕为地下连续墙,墙深56m。在地下连续墙嵌岩的情况下,基坑土方开挖实施过程中屡发承压水突涌事故,导致无法正常开挖施工。首先,通过在坑外进行抽水试验获取场地的水文地质参数,结合有限差分数值模拟软件,建立三维渗流模型,进行基坑渗流场的模拟,预测基坑施工过程中的水位变化情况,与实际坑外降水水位变化进行对比,验证三维渗流模拟计算的合理性与适用性。其次,基于三维渗流计算结果,采取坑内外同时降水的方式将基坑外部承压水水头控制在开挖面以下,使得基坑顺利实施。     

软土地区深基坑降水设计施工技术研究

降水可为基坑的开挖提供良好的施工环境,对周围土体加固、支护结构的稳定和水压力减小有很大的作用。同时降水也会使基坑渗流场变得复杂,可能会引起流土、流砂、管涌等灾害,还会使基坑外侧地下水位下降而导致土层固结引发地面沉降。因此必须重视基坑开挖和降水对基坑和邻近建筑物的影响。本文以上海某基坑项目为例,根据场地工程地质和水文地质条件、围护结构设计深度和基坑开挖深度,建立地下水渗流数值模型,进行基坑降水设计,然后通过抽水试验调整后期的抽水运行方案,进而指导施工安全顺利的推进,并为同类型基坑工程的设计与施工提供一定的参考。     

十字换乘车站基坑开挖影响分析及变形控制研究

在十字换乘工程既有地铁车站两侧深基坑开挖过程中，土体的卸载会导致地铁轨道上浮变形，从而影响地铁正常运营。以北京地区实际工程为背景，基于现场监测数据、地层变形理论及FLAC^3D方案对比数值模拟，分析了两侧基坑近距离施工对既有车站的影响规律及作用机理，得出控制措施及优化建议。研究表明：两侧基坑近距离开挖时，土体卸载产生的应力释放会导致邻近车站上浮；基坑施工引起的轨道上浮贯穿整个工程，其中基坑开挖与邻近段回筑阶段导致的上浮量各占约45%,影响范围为邻近基坑边中心两侧各约110m;通过增大抽水量、在既有结构上方堆载等措施，可减小、平衡应力释放，通过调整开挖步序可优化应力释放，从而控制既有结构的上浮量，有效降低基坑开挖对地铁车站的影响，其中优化施工步序可降低19.7%上浮变形。     

上海陆家嘴地区超深大基坑邻近地层变形的实测分析

结合上海国际金融中心超大体量卸载、超深开挖深度、超长降水周期的基坑工程实践,通过对邻近地层变形的信息化监测,研究上海陆家嘴地区超深大基坑在顺逆作同步交叉实施条件下邻近地层的时空位移特征,初步探讨其变形机理和影响因素。研究表明:重车动载对坑外地表沉降影响较大,地墙隆起对0.1H范围内的地表土体拖带上抬;地表沉降主要受软弱土开挖和承压井降水影响凹槽分布,纵向地表沉降空间效应明显,受顺逆作同步交叉实施影响差异沉降突出;坑外地层侧移角部效应明显,形成水平方向的土拱作用,并与系统刚度和土体硬度呈正比;坑内土体强隆起范围远超开挖面下1倍挖深,立柱隆起在第三和第五层土方开挖时发展速率明显较快;坑外设计挖深上部地层以斜向下位移为主,下部地层以斜向上位移为主;基坑土方开挖阶段,坑内地层卸荷隆起为主流动补偿为辅,坑外设计挖深以上地层土体流动补偿和承压井降水固结沉降均显著,而设计挖深以下地层以卸荷隆起为主兼有少量流动补偿。     

基坑降水开挖对邻近铁路高架桥的影响区研究

以国内首例下穿城际铁路结构的基坑工程——深圳轨道交通12号线和平站为依托,建立了基坑近接铁路高架桥降水开挖有限元模型,对邻近高架桥进行近接影响区研究,以期对地铁车站基坑施工过程中邻近桥梁的状态进行预测。研究结果发现：在仅考虑基坑降水开挖时,桥梁墩顶水平位移比竖向位移更容易超限,当桥坑间距为0.341～3.029倍基坑开挖总深度时墩顶位移会超过极限值,当桥坑间距大于3.664倍基坑总深度时墩顶位移会始终小于警戒值(极限值的60%);将铁路高架桥受邻近基坑降水开挖的影响范围划分为三类大区和五类小区,根据桥坑间距及基坑开挖深度预测桥梁结构状态,在仅考虑基坑降水开挖时,邻近铁路高架桥30号和31号桥墩随着基坑开挖会存在位移超限的可能,因此现场采取隔离桩和旋喷桩的组合加固措施来保证桥墩安全;数值计算结果及现场监测结果吻合性较好,均表明采用的加固措施能保证桥梁结构的安全。