基坑工程時空效應PPT教案

1、會計學1基坑工程時空效應基坑工程時空效應第1頁/共120頁第2頁/共120頁第九課第3頁/共120頁時空效應的原理和施工方法第4頁/共120頁第一部分 概 述第5頁/共120頁日本某基坑工程日本某基坑工程（采用大面積注漿加固，圖中為注漿設(shè)備）（采用大面積注漿加固，圖中為注漿設(shè)備） 新加坡某基坑工程新加坡某基坑工程（為保護距基坑（為保護距基坑22m的地鐵隧道，采用的地鐵隧道，采用2層層2.5m厚的旋噴注漿滿膛加固坑內(nèi)土體）厚的旋噴注漿滿膛加固坑內(nèi)土體）Boston某基坑工程某基坑工程（為保護周圍環(huán)境采用密集支撐）（為保護周圍環(huán)境采用密集支撐） 國外為解決軟土基坑周圍的環(huán)境國外為解決軟土基坑周圍的

2、環(huán)境保護問題，常采用坑內(nèi)滿膛加固保護問題，常采用坑內(nèi)滿膛加固、設(shè)置密集支撐等方法，工期長、設(shè)置密集支撐等方法，工期長，代價大。，代價大。第6頁/共120頁 在上海軟土地區(qū)，若在基坑變形預測中不考慮軟土流變特征，并在施工中缺乏及時有效的監(jiān)控手段，基坑變形預測值和實測值會存在較大差異，給基坑周圍環(huán)境保護帶來很大的困難。第7頁/共120頁第8頁/共120頁第二部分第二部分 時空效應的基本原理時空效應的基本原理第9頁/共120頁 上海軟土流變試驗曲線上海軟土流變試驗曲線1、應力水平越低、蠕變時間越短，流變位移越??；2、土體在排水固結(jié)條件下要比不排水條件下穩(wěn)定。第10頁/共120頁第11頁/共120頁

3、通過對流變試驗和大量相關(guān)研究，可以取得有關(guān)控制軟土深基坑變形的幾點重要啟示： 一、分層分塊開挖能夠有效地調(diào)動地層的空間效應，以降低應力水平、控制流變位移。 二、減少每步開挖到支撐完畢的時間，即無支撐暴露時間，可明顯控制擋墻的流變位移，這在無支撐暴露時間小于24小時效果尤其明顯。 三、解決軟土深基坑變形控制問題的出路在于規(guī)范施工步序和參數(shù)，并將其作為實現(xiàn)設(shè)計要求的保證。時空效應規(guī)律第12頁/共120頁 當施工參數(shù)和地基土參數(shù)、支護結(jié)構(gòu)參數(shù)一起被作為基坑變形預測的計算參數(shù)，就能合理準確地預測軟土基坑周圍地層位移。第13頁/共120頁第14頁/共120頁第15頁/共120頁每步開挖寬度每步開挖寬度B

4、無支撐暴露時間無支撐暴露時間Tr基坑角部的斜支撐部分基坑角部的斜支撐部分每層施工工序和參數(shù)每層施工工序和參數(shù)車站端頭井施工步序和參數(shù)車站端頭井施工步序和參數(shù)第16頁/共120頁第17頁/共120頁主要施工參數(shù)主要施工參數(shù)1、開挖深度、開挖深度Hj2、開挖層數(shù)、開挖層數(shù)3、每層開挖厚度、每層開挖厚度4、每步開挖尺寸、每步開挖尺寸5、每步開挖無支撐暴露時間、每步開挖無支撐暴露時間天然地基土參數(shù)：天然地基土參數(shù)：Cu，Ps加固體參數(shù)加固體參數(shù) ： Cu，Ps被被動動區(qū)區(qū)加加固固預留土堤預留土堤土堤土堤基坑擋墻基坑擋墻大寬度不規(guī)則基坑施工步序和參數(shù)大寬度不規(guī)則基坑施工步序和參數(shù)第18頁/共120頁第三

5、部分 工程應用第19頁/共120頁一、長條形基坑工程實例第20頁/共120頁地鐵一號線徐家匯車站第21頁/共120頁(a)原設(shè)計開挖原設(shè)計開挖支撐方案支撐方案(b)優(yōu)化后的開挖優(yōu)化后的開挖支撐方案支撐方案地鐵二號線東方路車站(通過調(diào)整開挖空間和時限來減少變形)第22頁/共120頁二、地鐵車站端頭井工程實例第23頁/共120頁第三層土方開挖中的變形增量減至第三層土方開挖中的變形增量減至3mm 開挖第二層土時東端墻最大水平開挖第二層土時東端墻最大水平位移增大至位移增大至6mm超過了警戒值超過了警戒值 調(diào)整施工參數(shù)控制地墻位移調(diào)整施工參數(shù)控制地墻位移地鐵二號線人民公園車站第24頁/共120頁第25頁

6、/共120頁三、不規(guī)則基坑工程實例第26頁/共120頁第27頁/共120頁第28頁/共120頁第29頁/共120頁第30頁/共120頁第31頁/共120頁第32頁/共120頁第33頁/共120頁第34頁/共120頁第35頁/共120頁第36頁/共120頁車站及其周圍環(huán)境示意圖二車站及其周圍環(huán)境示意圖二第37頁/共120頁車站及其周圍環(huán)境示意圖一車站及其周圍環(huán)境示意圖一第38頁/共120頁-30-25-20-15-10-505C37C37C38C39C40C41C42C43C44C45C46C47C48C49C50測點布置沉降(mm)樹根樁施工完畢西井至-10m，地墻結(jié)束地下連續(xù)墻施工期間東海大

7、樓沉降地下連續(xù)墻施工期間東海大樓沉降西西東第39頁/共120頁-60-50-40-30-20-100C37C37C38C39C40C41C42C43C44C45C46C47C48C49C50測點編號沉降(mm)實施變形控制措施前的工況實施變形控制措施前的工況該工況下東海大樓東西向沉降該工況下東海大樓東西向沉降第40頁/共120頁變形控制措施之一優(yōu)化優(yōu)化開挖開挖步序步序和開和開挖參挖參數(shù)數(shù)原開挖步序和參數(shù)原開挖步序和參數(shù)第41頁/共120頁調(diào)整后的西標段施工步序和參數(shù)調(diào)整后的西標段施工步序和參數(shù)挖土參數(shù)作以下調(diào)整：1、將運土通道移至超載較小的北面2、將西標準段的每小段開挖寬度由6m減少至3m，無

8、支撐暴露時間減為16hrs，而東標準段因位移較小，仍維持原施工參數(shù)。變形控制措施之一優(yōu)化優(yōu)化開挖開挖步序步序和開和開挖參挖參數(shù)數(shù)第42頁/共120頁-35-30-25-20-15-10-50050100150200水平位移( m m )深度( m )挖至- 7 .5的 實 測值按照原先施工參數(shù)的預測值調(diào)整參數(shù)，不考慮注漿的預測值調(diào)整開挖參數(shù)前后的基坑擋墻變形計算值對比調(diào)整開挖參數(shù)前后的基坑擋墻變形計算值對比第43頁/共120頁157#地塊基坑周圍環(huán)境示意圖地塊基坑周圍環(huán)境示意圖第44頁/共120頁第45頁/共120頁基坑開挖參數(shù)示意圖基坑開挖參數(shù)示意圖預留土堤寬預留土堤寬度度10m每小段開挖每

9、小段開挖寬度寬度68m每小段在每小段在18小時之內(nèi)開小時之內(nèi)開挖并支撐挖并支撐第46頁/共120頁2001年12月18日第十課第47頁/共120頁第48頁/共120頁第49頁/共120頁第50頁/共120頁第51頁/共120頁第52頁/共120頁基坑擋墻位移內(nèi)力二維計算模型基坑擋墻位移內(nèi)力二維計算模型PaRankine主動土壓力主動土壓力Kh彈性計算條件下的被彈性計算條件下的被動抗力系數(shù)動抗力系數(shù)FPa實測土壓力實測土壓力bKh等效水平基床系數(shù)等效水平基床系數(shù)q地面超載地面超載K水平土壓力系數(shù)水平土壓力系數(shù)第53頁/共120頁第54頁/共120頁基坑擋墻計算模型基坑擋墻計算模型支撐系統(tǒng)的計算模

10、型支撐系統(tǒng)的計算模型擋墻位移內(nèi)力的三維計算模型1、采用子結(jié)構(gòu)方法和增量法，并考慮基坑擋墻和支撐系統(tǒng)的位移協(xié)調(diào)；2、為考慮時空效應規(guī)律，被動區(qū)抗力系數(shù)取值為abKabKh h ，其中bKbKh h為二維計算中的等效水平基床系數(shù)，a a則根據(jù)預留土堤寬度B B確定。第55頁/共120頁第56頁/共120頁第57頁/共120頁第58頁/共120頁第59頁/共120頁 運用上海經(jīng)驗公式，根據(jù)計算的基坑擋墻位移，可以預測墻后的縱向和橫向地表沉降。第60頁/共120頁 采用彈性平面有限元方法，并以計算的基坑擋墻位移為邊界條件，可以預測墻后的地層位移場。第61頁/共120頁第62頁/共120頁第63頁/共1

11、20頁第64頁/共120頁 彈性三維有限元方法可定性地預測大型基坑在不同開挖步序條件下的地層位移分布特征，其計算結(jié)果可作為確定合理的開步序的依據(jù)，以避免鄰近保護對象在開挖過程中出現(xiàn)過大的差異沉降。 第65頁/共120頁第66頁/共120頁第67頁/共120頁第68頁/共120頁第69頁/共120頁第70頁/共120頁第71頁/共120頁第72頁/共120頁00.10.20.3051015202530深度( m )土壓力值( M p a )00.10.20.3051015202530深度( m )土壓力值( M p a )00.10.20.3051015202530深度( m )土壓力( M p

12、 a)00.10.20.30102030深度( m )土壓力值（M p a )第73頁/共120頁0.40.50.60.70.80.901020 開挖深度( m )側(cè)壓力系數(shù)K11m14m16.1m19.1m23.1m27.1m0.40.50.60.70.80.9024681012開挖深度 ( m )側(cè)壓力系數(shù)K2m7m12m16m20m第74頁/共120頁0.30.40.50.60.70.80.91810121416開挖深度 （m )側(cè)壓力系數(shù)K4.1m7.9m11.1m16.1m23.7m27.7m0.30.40.50.60.70.851015開挖深度（m ) 側(cè)壓力系數(shù)K2.6m8.35

13、m19.1m22.9m0.30.40.50.60.70.80.90246810開挖深度 (m)側(cè)壓力系數(shù)K2.26m5.23m8.06m10.96m13.9m15.9m17.7m19.7m22.5m25.4m0.30.40.50.60.70.80.9051015開挖深度 ( m )側(cè)壓力系數(shù)K2m6m10m14m18m22m第75頁/共120頁0.40.50.60.70.80.905101520時 間 (天 ）水平抗力系數(shù)K2m7m12m16m20m750.350.450.550.650.750.850.9501020304050時 間 (天 ）水平抗力系數(shù)K2m7m12m16m20m第76頁

14、/共120頁23.1m/17線西0.9911.011.021.030204060時間（天）土壓力時間系數(shù)16.1m/27線西11.11.21.31.41.50100200300時間（天）土壓力時間系數(shù)14m/27線東11.081.161.241.321.40100200300時間( 天)土壓力時間系數(shù)15.9m/27線東11.11.21.31.41.51.60100200300時間( 天）土壓力時間系數(shù)19.8m/27線東11.041.081.1202040時間( 天)土壓力時間系數(shù)23.8m/27線東11.051.11.151.21.2502040時間( 天)土壓力時間系數(shù)第77頁/共120

15、頁2m/中央公園1.001.101.201.30111213141時間( 天)土壓力時間系數(shù)14m/中央公園0.951.051.151.251112131時間( 天)土壓力時間系數(shù)4.5m/楊高路11.11.21.31.41.501020304050607080時間 （天 ）土壓力時間系數(shù)7.5m/楊高路11.051.11.151.201020304050607080時間( 天 )土壓力時間系數(shù)第78頁/共120頁9.0m/楊高路11.051.11.151.21.2501020304050時間( 天 ）土壓力時間系數(shù)10.5m/楊高路11.051.11.151.21.251.30 102030

16、4050607080時間( 天 ）土壓力時間系數(shù)12.0m/楊高路11.021.041.061.081.11.121.141.160204060時間 （天 ）土壓力時間系數(shù)13.9m/陸家嘴T K 311.11.21.31.4040 80時間（天）土壓力時間系數(shù)15.9m/陸家嘴T K 311.051.11.151.2020 40 60 80時間（天）土壓力時間系數(shù)17.7m/陸家嘴T K 311.051.11.151.2020 40 60 80時間（天）土壓力時間系數(shù)第79頁/共120頁2.26m/陸家嘴T K 311.11.21.31.41.50 10 20 30 40 50 60 70

17、80時間（天）土壓力時間系數(shù)10.96m/陸家嘴T K 30.9811.021.041.061.081.11.12020 40 60 80時間（天）土壓力時間系數(shù)19.7m/陸家嘴T K 30.940.960.9811.021.041.061.081.10 10 20 30 40 50時間（天）土壓力時間系數(shù)25.4m/陸家嘴T K 30.940.960.9811.021.041.061.081.11.120 20 40 60 80時間（天）土壓力時間系數(shù)5.5m/陸家嘴T K 10.9811.021.041.061.081.11.1205101520時間（天）土壓力時間系數(shù)第80頁/共120

18、頁0.350.450.550.650.75T（Time）主動土壓力系數(shù)K00.1%H（特級）0.2%H（一級）0.5%H（二級）0.1%H(三級）臨界時間對應點，一般為基坑開挖到最終開挖深度時的主動土壓力系數(shù)值第81頁/共120頁0.0010.0070.0130.01901020位移( m m)土壓力（m p a )0.050.060.070.0802040位移( m m)土壓力( M p a)0.030.050.0702040位移( m m)土壓力( M p a)0.030.050.070.090.110 10 20 30 40 50位移( m m)土壓力( M p a)0.080.090.

19、10.110.120.13050100位移( m m)土壓力( M P a)0.10.120.140.16050100位移( m m)土壓力( M p a)第82頁/共120頁0.120.140.160.180.20.220.24020406080位移( m m)土壓力( M P a)0.10.120.140.160.1804080位移( m m)土壓力( M P a)0.080.090.10.110.120.130移( m m)土壓力( M P a)第83頁/共120頁 基坑?；颖?土性土性 側(cè)壓力系數(shù)側(cè)壓力系數(shù)K K 護等級護等級 一級一級 軟粘土軟粘土 0.7

20、50.750.550.55 二級二級 軟粘土軟粘土 0.700.700.500.50 三級三級 軟粘土軟粘土 0.6250.6250.450.45第84頁/共120頁)2()(61YHYHHraLNKniiia第85頁/共120頁restat pressureearth nt displaceme wallretaining theoft coefficien influence timeoft coefficien influence 0t0 xtxwhere)2/45(2)2/45(20ootgctgh第86頁/共120頁 wallretaining ofnt displaceme pos

21、itionn calculatio ofdepth 0138. 010430mh15m )0 . 160(30115mh )15(2014xhwherexbhhaeabxx第87頁/共120頁 timeelapsed 30mh16m 1000/ )19025. 6(16mh10m 1000/ )7010(10mh 1000/ )1055 . 7(9552. 0104510424twherehhhdhhctcdt第88頁/共120頁土壓力計算值與實測值比較第89頁/共120頁第90頁/共120頁第91頁/共120頁第92頁/共120頁1516171819202122232425100150200

22、250被動土壓力（Kpa)深度(m)E31PP(h=0m)14/05E31PP(h=0m)9/06E31PP(h=5.5m)4/07E31PP(h=5.5m)23/07第93頁/共120頁1617181920212223242560100140180被動土壓力(Kpa)深度(m)1997-5-14(h=1.8m)1997-5-15(h=5.8m)1997-5-31(h=5.8m)1997-6-2(h=10m)1997-6-8(h=13.5m)1997-6-9(h=15.2m)1997-6-11(澆注墊層)1997-6-22(回筑階段)第94頁/共120頁50709011013015017019

23、0210230250020406080開挖時間(天）被動土壓力(Kpa)16192225第95頁/共120頁第96頁/共120頁第97頁/共120頁02468101214048121620242832時間(小時)第98頁/共120頁0.60.811.21.41.62468101214161820內(nèi)摩擦角 Kh影響系數(shù)c=4c=8c=12c=16第99頁/共120頁01234567891471013161922空間 (米)第100頁/共120頁00.511.522.530.01.02.03.04.0比貫入阻力Ps地基加固影響系數(shù)第101頁/共120頁76. 442. 124tan424tan635121iiiiiiiiihihhChhKjiijiijjHhhBhhTT208. 00 . 11 . 06 . 10 .1