基坑工程時空效應

課程內容（一）緒論方案設計基坑的穩(wěn)定、事故的分析基坑工程施工中的土工問題內力計算周圍環(huán)境變形的計算基坑圍護結構的設計要點課程內容（二）施工方法的選擇時空效應規(guī)律時空效應施工工藝時空效應法施工參數基坑內地基加固深基坑施工各道工序可能出現的問題及處理方法課程內容（三）深基坑施工環(huán)境保護技術監(jiān)測數據的判讀、險情征兆、搶險措施信息化施工監(jiān)控技術基坑工程的發(fā)展研究生課程《基坑工程總論?深基坑工程》第九課時空效應的原理和施工方法第一部分

概述日本某基坑工程（采用大面積注漿加固，圖中為注漿設備）

新加坡某基坑工程（為保護距基坑22m的地鐵隧道，采用2層2.5m厚的旋噴注漿滿膛加固坑內土體）Boston某基坑工程（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)境保護問題，常采用坑內滿膛加固、設置密集支撐等方法，工期長，代價大。

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。時空效應理論和方法的特征時空效應理論和方法的最重要特征在于：在軟土基坑變形的預測和監(jiān)控中，定量地考慮施工因素的影響。第二部分

時空效應的基本原理

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、土體在排水固結條件下要比不排水條件下穩(wěn)定。

通過對流變試驗和大量相關研究，可以取得有關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，并將其作為實現設計要求的保證。時空效應規(guī)律當施工參數和地基土參數、支護結構參數一起被作為基坑變形預測的計算參數，就能合理準確地預測軟土基坑周圍地層位移。長條形基坑施工工序和參數每步開挖寬度B無支撐暴露時間Tr基坑角部的斜支撐部分每層施工工序和參數車站端頭井施工步序和參數

大寬度、不規(guī)則基坑施工工序和參數主要施工參數1、開挖深度Hj2、開挖層數3、每層開挖厚度4、每步開挖尺寸5、每步開挖無支撐暴露時間天然地基土參數：Cu，Ps加固體參數：Cu’，Ps’被動區(qū)加固預留土堤土堤基坑擋墻大寬度不規(guī)則基坑施工步序和參數第三部分工程應用一、長條形基坑工程實例地鐵一號線徐家匯車站(a)原設計開挖支撐方案(b)優(yōu)化后的開挖支撐方案地鐵二號線東方路車站(通過調整開挖空間和時限來減少變形)二、地鐵車站端頭井工程實例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位移增大至6mm超過了警戒值

調整施工參數控制地墻位移地鐵二號線人民公園車站三、不規(guī)則基坑工程實例新世界商廈剖面圖新世界商廈支撐平面圖新世界平面圖香港廣場車站及其周圍環(huán)境示意圖二車站及其周圍環(huán)境示意圖一地下連續(xù)墻施工期間東海大樓沉降西西東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變形控制措施之一優(yōu)化開挖步序和開挖參數原開挖步序和參數調整后的西標段施工步序和參數挖土參數作以下調整：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。變形控制措施之一優(yōu)化開挖步序和開挖參數調整開挖參數前后的基坑擋墻變形計算值對比157#地塊基坑周圍環(huán)境示意圖157#地塊基坑周圍環(huán)境示意圖基坑開挖參數示意圖預留土堤寬度10m每小段開挖寬度6～8m每小段在18小時之內開挖并支撐研究生課程《基坑工程總論?深基坑工程》2001年12月18日第十課時空效應方法的設計與計算計算方法(經驗公式、半理論半經驗解析法、桿系有限元法、平面有限元法、三維有限元法)主要計算參數的取值(以土壓力、被動抗力系數的取值為例)時空效應法的計算就是定量地考慮施工因素的影響的方法基坑擋墻位移內力二維計算模型Pa——Rankine主動土壓力Kh——彈性計算條件下的被動抗力系數FPa——實測土壓力bKh——等效水平基床系數q——地面超載K——水平土壓力系數基坑擋墻計算模型支撐系統(tǒng)的計算模型擋墻位移內力的三維計算模型1、采用子結構方法和增量法，并考慮基坑擋墻和支撐系統(tǒng)的位移協(xié)調；2、為考慮時空效應規(guī)律，被動區(qū)抗力系數取值為abKh，其中bKh為二維計算中的等效水平基床系數，a則根據預留土堤寬度B確定。基坑周圍地層位移計算運用上海經驗公式，根據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。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。

縱向沉降數值分析

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，其計算結果可作為確定合理的開步序的依據，以避免鄰近保護對象在開挖過程中出現過大的差異沉降?？v向沉降數值分析縱向沉降的變化規(guī)律計算參數的取值土壓力的取值現場實測土壓力地鐵2號線陸家嘴車站某斷面實測土壓力隨工況變化圖側壓力系數隨開挖深度的變化水平側壓力系數K隨開挖深度的變化圖側壓力系數隨時間的變化地鐵1號線所得到的土壓力與時間的關系圖DW4-51斷面處各深度（h=4、6、8、10、12、14m)的土壓力與位移的變化圖期貨大廈測試斷面的各深度（h=12、16、20m)土壓力隨位移的變化圖土壓力實用取值方法基坑保土性側壓力系數K護等級 一級 軟粘土0.75～0.55 二級 軟粘土0.70～0.50 三級 軟粘土0.625～0.45由支撐軸力來估算主動土壓力系數公式Calculationformulaofactiveearthpressure 5m 15m

計算實測比值計算實測比值(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放坡階段0.0347 0.03270.940.1350.1130.83 土壓力計算值與實測值比較孔隙水壓力測值與由水位值計算出的靜止水壓力的平均值隨工況變化的比較表

5m 15m 靜水壓值孔壓力值比值靜水壓值孔壓力值比值(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 端頭井澆底板 0.0323 0.0177 0.54 0.132 0.0929 0.70 端頭井澆中板 0.0324 0.0182 0.52 0.132 0.0941 0.71 端頭井澆頂板 0.0330 0.0181 0.54 0.133 0.0991 0.74 標一段澆中板 0.0342 0.0189 0.55 0.134 0.103 0.77 標一段澆頂板 0.0344 0.0194 0.56 0.134 0.0983 0.73 結構封頂后 0.0376 0.0211 0.56 0.138 0.106 0.76 反算出的土壓力項的側壓力系數

工況號

實測孔隙水壓力

對應的實測土壓力

反算出的Ks

5m深 15m深 5m深 15m深 5m深 15m深

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

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

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

護坡階段 0.03217 0.113 0.06007 0.1876 0.56 0.52

被動抗力系數的取值實測被動區(qū)土壓力現場實測的被動土壓力現場實測的被動土壓力Kh值與時間的關系Kh值與土性的關系Kh值與開挖空間的關系Kh值與地基加固的關系天然土層的Kh計算公式加固土層的Kh計算公式設計與變形預測基坑工程支護結構特性參數、地質特性參數（包括地基加固）以及施工參數的計算方法根據施工步序和施工參數，預測施工中