基坑引起环境变形囊体扩张主动控制试验研究与工程应用

基坑工程引起的环境变形是其核心控制目标。目前广泛采用的被动控制技术,难以满足精细化变形控制的要求,尤其是邻近基坑的地铁隧道、高铁等所需的毫米级控制要求。针对上述问题,研究提出精细化囊体扩张实时主动控制技术。首先,开展囊体扩张技术控制土体变形的原位试验,证明囊体扩张技术可以更好地对邻近土体实现定向、定位、定量的精准“靶向”变形控制,相比袖阀管注浆变形控制更准,控制效率更高。进一步,开展囊体扩张技术控制桩基、隧道变形的原位试验,验证囊体扩张技术可准确、高效地控制地下结构变形。单孔囊体扩张引起邻近土体、桩和隧道的变形均符合高斯曲线模式,对桩基、隧道变形的控制效率高达55.6%和69.2%。相对于传统变形被动控制技术,在变形控制能力、节约造价、工期等方面均有明显优势。最后,囊体扩张实时主动控制技术成功应用于邻近基坑地铁隧道的变形控制,不仅实时有效地控制了隧道变形,还取消了基坑分区开挖,缩短了工期,降低了造价,对类似工程具有借鉴指导意义。     

天津市基坑抽排地下水量计量研究

基于天津工程地质特点和水文地质特点,通过对天津市内多个基坑降水工程全方位、全过程的监测,运用不同测量方法,通过抽样与全面对比,研究了基坑疏干井与降压井抽水量变化关系,并结合已有工程实例,确定了不同类型基坑适用的降水水量计量方式,取得了基坑降水水量计算的经验公式。同时,根据不同计量方式下抽水过程中电量水量监测数据,总结了气泵降水和潜水泵降水抽水量与耗电量之间的关系。根据典型工程的测量结果并结合理论推导,提出3种基坑工程地下水抽排量估算方法,即井流量计算法、体积计算法和电量推测法。     

基坑开挖对邻近砌体结构的影响分析

采用线弹性和理想弹塑性两种材料模型建立砌体结构,对比分析是否考虑塑性变形的砌体结构在三种不同典型基坑支护变形形式下的反应。分析结果表明:线弹性模型与理想弹塑性模型相比,砌体结构的沉降、倾角基本一致,但考虑砌体结构理想弹塑性后的砌体墙体主拉应变大于线弹性模型的主拉应变;在开挖深度一定和支护结构最大侧移相同时,内凸式支护结构变形模式下建筑墙体产生的拉应变最大,踢脚次之,复合式最小;墙体拉应变主要分布在门窗洞口的上部及建筑两侧与基础接触部分,是建筑物易破坏部分。     

超深开挖对单桩的竖向荷载传递及沉降的影响机理有限元分析

目前对于超深基础下的桩的设计尚未考虑超深开挖、坑底隆起对桩产生的作用。现场采用静载试验确定单桩承载力时也仍采用常规的地表加载并扣除开挖深度范围内桩侧摩阻力的方法,没有考虑深开挖效应的影响。采用经实际工程算例验证的土参数、桩身材料参数和桩土接触面参数,在均质土中建立了轴对称有限元模型,对三种不同试桩方法进行了模拟。通过开挖模拟,首先揭示了深开挖对桩的影响效应,在此基础上,对超深开挖对桩在开挖后再加载的荷载传递机理和沉降机理进行了研究。与常规试桩法和套管试桩法中的基坑底以下相同桩长的桩相比,超深开挖产生的影响效应使桩的极限承载力降低,竖向刚度减小,相同荷载下沉降加大,且其沉降中桩整体刺入所占的比例显著大于其它两者。桩侧摩阻力完全发挥时需要的桩土滑移量增大。此外,超深开挖可在桩身中产生较大的拉力,桩身中下部钢筋不能随意减少。     

Numerical analysis of effect of friction between diaphragm wall and soil on braced excavation

A plane strain finite element model was established to investigate the effect of friction between diaphragm wall and soil on braced excavation. The behavior of interface between diaphragm wall and soil was simulated with the interface model of ABAQUS. Parametric studies were conducted with different diaphragm wall external friction angles δ. The results show that deflection of diaphragm wall and ground surface settlement decrease with the decrease of δ. However, the reduction effect on diaphragm wall deflec...     

基坑开挖引起邻近既有隧道变形的影响区研究

既有隧道会因邻侧基坑开挖卸荷产生变形,对隧道正常使用和安全产生影响,其变形控制至关重要。基于大量工程案例资料,以天津市某邻近既有隧道深基坑实测资料为基础,采用考虑土体小应变刚度特性的有限元方法对基坑施工对坑外既有隧道变形影响规律进行了参数分析,结合不同规范变形控制标准,划分了不同围护结构变形模式和最大水平位移条件下坑外既有隧道变形影响区。研究结果表明,坑外变形影响区大致可简化为直角梯形形状。根据实际工程基坑围护结构可能产生的变形形式、最大变形和隧道与基坑的相对位置,可根据该影响区预估隧道可能产生的变形。围护结构变形模式和变形控制值相同条件下,变形影响区范围随着围护结构最大水平位移增大而增大;围护结构最大水平位移和变形控制值相同条件下,围护结构悬臂型变形模式下变形影响区范围最小,内凸型和复合型次之,踢脚型最大。     

基坑开挖引起隧道水平变形的被动与注浆主动控制研究

对于邻近基坑的地铁结构保护问题,现有研究多集中于加强基坑自身支护体系、优化开挖方案等被动控制措施,此类方法缺乏在基坑开挖过程中对控制隧道变形的适时性和主动性,且会造成基坑造价提高、工期延长。以某邻近地铁结构的大面积基坑工程为例,分析了基坑施工中地铁结构的变形规律,进行了注浆对土体及隧道水平变形主动控制的试验及应用实践。在此基础上,通过数值模拟对几种隧道变形控制方法进行了对比和评价,并进行了注浆方案的优化研究。工程案例以及数值模拟结果均表明基坑分区分期开挖、分仓开挖、加强支护体系等被动控制措施具有较大局限性,而适时注浆主动控制隧道变形技术较为经济有效。在注浆策略上,多排孔注浆时"近距离、多孔位、小方量、由远及近"的注浆方案优于"远距离、少孔位、大方量、由近及远"的方案。主动注浆控制技术具有成本低、工期短、适时控制隧道变形等优点,条件适当时明显优于分区分期开挖等被动措施。     

岩土与地下工程结构韧性评价与控制

建设韧性城市和韧性社会是现代城市、社会安全与可持续发展的重大需求。由于岩土介质材料和外荷载的不确定性、岩土与地下工程结构脆弱性及土-地下水-结构物相互作用复杂性,大量岩土与地下工程结构属于低韧性结构,国内外深基坑、盾构隧道、桩基、路堤等工程出现大范围破损甚至连续垮塌的事故时有发生,且事故后难以恢复,但其连续破坏机理及韧性设计方法却缺乏研究。工程韧性提升的目的是保障工程的高可靠性、低灾害后果性和灾后快速恢复性。建立岩土与地下工程韧性安全评价与控制理论体系,提高单体地下工程、相关联的地下工程系统和城市大尺度上的岩土与地下工程的韧性,提升其对灾害或意外事件的抵御、适应和恢复能力,对于我国建设韧性城市、保障建设工程安全具有重要意义。文章梳理了韧性理念与评价方法发展现状,在此基础上从是否考虑失效概率、是否考虑意外情况下的防连续破坏能力、是否考虑意外灾害后的恢复能力角度,将保障工程系统韧性的现有设计方法分为四个层次：即单一安全系数设计、可靠度设计、鲁棒性设计(防连续破坏韧性设计)和可恢复性设计,并逐一对其在岩土与地下工程领域的研究进展进行总结和分析。在此基础上,针对岩土与地下工程连续垮塌问题,重点以基坑工程、盾构隧道工程和复合地基工程为例介绍和讨论了防连续破坏韧性研究进展,以期为建立系统的岩土与地下工程韧性设计理论与框架提供参考。     

用于调整差异沉降的预留净空桩筏基础模型试验研究

预留净空桩筏基础是一种新的利用桩土相互作用的形式,可用于调整建筑物筏板–桩–土相互作用和减少差异沉降。进行了砂土中常规桩筏基础和桩顶预留净空桩筏基础的模型试验研究。分析表明:在相同荷载作用下,在试验条件下,相对于常规桩筏基础来说,预留净空桩筏基础的实质作用在于可使桩间土压缩提前发生,显著提高桩间土分担荷载的比例,在可压密土中可强化桩土相互作用,桩端刺入量显著下降,使得桩土更趋于整体沉降。预留净空桩筏基础可有效利用土的承载力,减小桩顶应力过分集中,且对桩端阻力有显著的强化作用。     

机器学习在综合管廊规划中的应用

综合管廊作为目前城市现代化市政基础设施的标志之一,其规划路径选择至关重要,但目前综合管廊的规划工作主观性过强而科学性不足。文章以某地区的管廊规划工作为例,建立了一种基于机器学习方法的管廊规划方法,分别利用神经网络算法和梯度上升算法完成管廊规划适建性的评价工作,为管廊规划路径提出一种较为科学的方法。