基坑开挖及降水引起的地表沉降预测

以随机介质理论、渗流理论和土体压密理论为基础,探讨了一种新的基坑开挖及降水引起的地表沉降的计算方法。推导了基坑降水渗降漏斗曲线方程及考虑水的渗流作用的基坑周边土体中有效应力的计算公式,并由此导出了考虑渗流作用的基坑降水地表沉降计算公式,再利用叠加原理,得到最终的由开挖和降水引起的地表沉降分布计算公式。工程实例分析计算结果表明,距基坑周边8～10m范围以内,基坑开挖和降水引起的地表沉降基本相当,而距坑周20m以外的地表下沉主要由降水引起,因此基坑降水引起的地表下沉不容忽视。本文推导的计算方法能充分反映基坑降水对周边地表下沉的影响,是一种计算基坑开挖及降水引起的地表沉降的有效方法。     

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。     

基坑开挖引起紧邻建筑物沉降的简化计算方法

提出了一种基坑施工引起紧邻建筑物沉降的简化计算方法,可根据基本工程信息快速推求建构筑物基础沉降。与之前的方法相比,既考虑了基础刚度对沉降的影响,又避免了繁杂的有限元计算。在总结分析地表沉降特征和分布模式的基础上,结合工程经验和数值分析探讨了坑外土体沉降随深度变化规律。根据规律总结出基坑开挖对周边环境影响的分区特征,提出了坑外开挖面深度以上土体沉降分布曲线的简化计算公式。由于建筑物基础刚度远大于周围土体,假设其沉降主要来源于下卧土层变形,即建筑沉降等同于基底埋深处的土体沉降,从而得到了根据土体沉降分布曲线来描述建筑物沉降的简化计算方法。算例分析表明,其计算值与实测值有较好的一致性,可为预测、分析紧邻基坑施工的建筑物沉降提供参考。     

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。     

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。     

地铁车站基坑坑外降水研究

以杭州地铁车站基坑实施坑外降水为实例,分析了坑外降水与围护结构变形及内力的关系,并初步研究了坑外降水对周边环境的影响,得到杭州砂性地层的降水深度与地表沉降值,指出坑外降水对减小基坑变形与支撑轴力效果显著。     

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。     

基坑开挖及降水对坑外地表沉降的影响

考虑降水、支护结构变形以及基坑隆起3个因素引起的基坑周围土体的沉降,根据降水引起土体沉降的机理,运用修正的分层总和法单独计算出由降水引起的周围土体沉降。通过研究基坑开挖引起坑外土体沉降的规律,推导出由基坑开挖引起的坑外土体沉降理论公式。把降水引起的沉降及基坑开挖引起的沉降进行叠加,加入修正系数,最终以简化的理论公式合理地计算出基坑周围土体沉降。具体工程验证表明,推导的理论解析解与实测数据十分接近,能有效预估基坑周围土体沉降,为施工方案编制提供可靠的理论依据,最大限度减少基坑施工对周围环境的影响。     

基坑施工降水引起基坑外土体沉降的研究

为解决透水砂层条件下深基坑降水引发的地基土变形问题,以山西省长治市某深基坑工程为研究对象,运用现场降水试验方法观测了降水规律,计算了土体水文参数,并借助理论计算方法和现场地表沉降实测方法,研究了距离基坑不同距离处地表沉降的变化规律。研究结果表明,基坑外土体沉降的理论值与实测值变化规律大致相同,均在基坑边线附近较小,而随着距离的增加,土体的沉降呈非线性减小并趋于收敛,理论计算的地表沉降曲线与降水漏斗曲线形状大致相同;与地表沉降理论值相比,理论计算在距离基坑边线5m范围内对地表沉降的预测较为可靠,而在9m之后,对地表沉降的预测值偏小,实际地表沉降值明显比理论值大。     

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％.     

基坑开挖及降水对坑外地表沉降的影响

随着城市化快速发展,土地资源日益紧张,为了有效利用土地资源,加速城市空间开发和高层建筑的发展已迫在眉睫。相应的基坑工程逐步向着大深度、大面积方向发展。在基坑施工过程中,加强控制基坑周围的土体及坑外地表沉降的研究非常有现实意义。本文对基坑开挖及降水对坑外地表沉降的影响进行研究讨论,为土体施工提供相应建议。     

超载作用下地表沉降偏态分布模式研究

地表沉降计算中,如何考虑周边环境影响及确定地表沉降曲线型态是重点问题。现有计算公式大多是在假设坑外没有超载或超载型式单一的前提下得出的,应用范围有限。因此,对不同的超载作用进行等效推导,采用地层损失法原理,建立考虑基坑周边不同超载型式作用下的地表沉降偏态分布曲线预测计算模型,并推导计算公式,以期对地表沉降量得到合理、可靠、更加符合实际的预测计算结果。并结合实际工程,将文中方法与数值分析软件Plaxis-2D模拟计算结果及实测沉降值对比分析。结果表明:超载作用既使地表沉降量有较大的增加,又使最大沉降点位置朝基坑明显移动,计算中正确考虑坑外超载的影响是必要的;另外,文中方法所得结果与实测沉降值吻合较好,计算结果精度较高,对深基坑地表沉降理论计算方法进行了相应的完善,可供类似土质地区及支护结构的工程借鉴参考。     

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...     

富水圆砾地层基坑降水对地表沉降的影响分析

降水是保证基坑在干燥环境进行施工的必要措施,但也是引起地层沉降的原因之一。富水圆砾地层在南宁地铁施工中是一种常见地质情况,本文依托南宁轨道交通2号线苏卢站,分析了富水圆砾地层中基坑降水引起地表沉降的原因,根据分层总和法和地下水动力学中井的渗流理论计算了圆砾地层水位降深产生的地表沉降,并与苏卢站实际地表沉降值进行对比。分析结果表明,圆砾地层降水影响范围广,造成地表沉降主要是由于承压水流失和地层土颗粒流失两个因素,采用隔水帷幕或地下连续墙和坑内降水的施工技术可以有效控制降水影响范围,控制地表沉降。     

基坑降水引起的地基附加应力及沉降简化计算

探讨了基坑降水导致周围地基沉降的机理,通过借鉴水库水位下降时的水面曲线计算公式,并简化和分解由降水导致的附加荷载后,推导出一套计算基坑降水引起的地基附加应力和地表沉降的理论计算方法。本方法可以综合考虑水位降深和水面曲线形状等因素的影响,计算结果能比较准确的反映水面曲线以下附加应力的衰减效应,相比传统计算方法更具合理性。笔者利用本理论计算方法对某基坑工程降水实例进行了计算,通过对比分析本方法计算结果及数值模拟和实测值后发现,本方法计算得到的地基附加应力和地表沉降分布规律与数值模拟和实测值基本吻合,误差范围均在15%以内,验证了本计算模型的有效性。     

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。     

深基坑降水对基坑稳定影响的分析

以杭州地铁秋涛路站深基坑施工为例,对如何保证降水效果和基坑安全,以及如何降低深基坑施工对周围环境影响方面进行了探索,对基坑降水所引起的基坑周围地表发生沉降的原因进行了分析,并通过坑内外水位变化及地表沉降监测情况分析,得出围护结构止水效果与坑外地表沉降关系,以及在降水过程中因围护结构漏水而产生的坑外地表沉降范围和沉降量变化的发展情况,进而提出如何防止降水不利影响的措施。     

南通地区深基坑高承压水降水对周边环境影响分析

南通地区地层以富水砂层为主,且承压水头埋深大,在基坑降水过程中往往无法隔断承压水,形成悬挂式止水帷幕。采用数值模拟手段研究悬挂式止水帷幕减压降水对周边环境的影响,设置不同止水帷幕长度,分析降水后基坑外水位降深和地表沉降的影响。分析结果表明:随着止水帷幕超过降水井滤管越长,承压水渗流路径越长,坑外水位降深越小,由降水引起的地面沉降也越小。但止水帷幕超过一定的长度后,坑外水位降深减小不明显,地面沉降减小幅度降低。当止水帷幕比降水井深3 m时,能够形成有效的绕流路径,性价比最高,研究结果对类似地层的深基坑减压降水有一定的参考意义。     

天津市承压含水层条件下地下连续墙深度优化

对天津地区多个建筑基坑及地铁基坑观测发现,长时间大深度降水时,在较大的深度范围的土层内都存在越流现象,并且出现较大的地表沉降。基于对天津市市区各处基坑勘察报告的对比分析,利用天津市区典型工程地质条件,采用考虑降水井瞬态降水的三维有限差分数值模型进一步研究,根据突涌计算得到基坑底部水位降深,对不同地连墙深度条件下的5~25 m深基坑进行减压降水,得到渗流场结果后采用分层总和法计算基坑周边变形场。计算结果表明,降水开始后3~10 d内,水位趋于稳定,基坑外沉降在10~20 d发展较快;并且随着地连墙入土深度的增加,基坑外沉降减少;基于计算结果,提出针对不同环境安全等级条件下的地下连续墙深度优化方案。     

软土深基坑单井回灌参数优化与现场测试分析

为解决因深基坑降水和基坑渗漏引起的地表沉降问题,通常在坑外进行地下水回灌,而回灌参数会影响地表沉降控制效果。为了选取合适的回灌参数,采用ABAQUS有限元程序进行滤管长度、回灌井井径、井深、回灌压力对地表沉降影响的敏感性分析,得到如下结论:回灌压力和回灌井井深为控制地表沉降的关键因素,对控制基坑周边的沉降变形相对敏感,在设计回灌井时应首先考虑;而滤管长度和回灌井井径对控制地表沉降变形不敏感。回灌压力越大,控制地表沉降的效果越好,但不能无限制增加回灌压力,应根据回灌井周围密封强度计算回灌压力上限值。回灌井越深,基坑周边地表沉降越小,但应结合地质条件选取合理的井深。将选取的回灌参数用于现场回灌试验,回灌后坑外地下水位明显抬升,有效地控制了基坑周边地表沉降。