市政道橋錨碇基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控方案

市政道橋錨碇基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

施工監(jiān)控方案

目錄

1.工程概況......................................................1

1.1工程概況................................................1

1.2工程地質(zhì)條件...........................................1

1.2.1工程概況及周邊環(huán)境...................................1

1.2.2工程地質(zhì)...............................................1

1.2.3水文地質(zhì)..............................................3

2.監(jiān)3則目的......................................................4

3.監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)原則、內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)..............................4

3.1監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)原則.....................................4

3.2監(jiān)測(cè)內(nèi)容...............................................6

3.3監(jiān)控測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)...........................................8

4.施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)...................................................8

4.1施工監(jiān)測(cè)方法...........................................8

4.2高精度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)......................................10

4.3有限元反分析法........................................10

4.4深基坑工程變形的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)建模...................13

4.5基坑開(kāi)挖施工正裝模擬分析............................15

4.5.1影響基坑開(kāi)挖過(guò)程圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形因素的分析..........15

4.5.2深基坑三維有限元模型..............................16

4.5.3數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與分析............................26

4.5.4非對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖方案分析...............................42

4.5.5超挖方案分析.....................................44

4.5.6支護(hù)體系敏感性分析..............................47

4.5.7基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警值建議...............................49

4.5.8結(jié)論..............................................51

5.監(jiān)測(cè)方法、測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)測(cè)頻率及預(yù)警值...................51

5.1地下連續(xù)墻基礎(chǔ)施工監(jiān)測(cè)方法.......................51

5.1.1地連墻圈梁頂、周邊地表、珠江大堤、涌道大堤、建筑及

管線變形監(jiān)測(cè)............................................52

5.1.2基坑內(nèi)、外地下水位監(jiān)測(cè)..........................56

5.1.3地下連續(xù)墻應(yīng)力監(jiān)測(cè)...............................57

5.1.4地下連續(xù)墻深層位移監(jiān)測(cè)..........................59

5.1.5基坑外土壓力監(jiān)測(cè).................................60

5.1.6內(nèi)襯應(yīng)力監(jiān)測(cè).....................................60

5.1.7基坑外孔隙水壓力監(jiān)測(cè).............................61

5.2監(jiān)測(cè)布置...........................................61

5.2.1地下連續(xù)墻周邊地表、珠江大堤、涌道大堤、建筑及管線

變形監(jiān)測(cè).................................................61

5.2.2基坑內(nèi)、外地下水位監(jiān)測(cè)..........................63

5.2.3地下連續(xù)墻姿態(tài)監(jiān)測(cè)，墻圈梁頂變形監(jiān)測(cè)...........64

5.2.4地下連續(xù)墻應(yīng)力監(jiān)測(cè)...............................65

5.2.5地下連續(xù)墻深層側(cè)向變形監(jiān)測(cè).......................67

5.2.6基坑外土壓力監(jiān)測(cè)..................................70

5.2.7內(nèi)襯橫向應(yīng)力監(jiān)測(cè)..................................71

5.2.8基坑外孔隙水壓力監(jiān)測(cè)............................73

5.3監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)頻率及預(yù)警值..........................75

5.3.1施工監(jiān)控頻率......................................75

5.3.2施工監(jiān)控預(yù)警值....................................76

5.3.3誤差控制..........................................77

6.施工監(jiān)控機(jī)構(gòu)組織分工、人員及設(shè)備.....................77

6.1施工監(jiān)控組織機(jī)構(gòu)..................................77

6.2各參建單位在監(jiān)控中的職責(zé)..........................79

6.3各參建單位在施工監(jiān)控中的關(guān)系.....................81

6.4數(shù)據(jù)傳遞路線及反饋程序............................82

6.5設(shè)備...............................................83

7.質(zhì)量保障措施...........................................84

7.1技術(shù)保障措施......................................84

7.2監(jiān)測(cè)工作具體管理.................................86

附件一：監(jiān)測(cè)資料統(tǒng)一用表...................................87

附件二：企業(yè)資質(zhì)..........................................100

1.工程概況

1.1工程概況

本地下連續(xù)墻為**二橋大**道橋西錨碇基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，**二橋起點(diǎn)位

于**市**區(qū)**鎮(zhèn)，與珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)形公路南環(huán)段對(duì)接，沿線跨越珠

江大**道、海鷗島、珠江泥洲水道，終點(diǎn)位于東莞市沙田鎮(zhèn)，與廣深沿江

高速公路連接，主線全線均為橋梁工程，總長(zhǎng)度12.891公里，采用雙向八

車(chē)道的高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h,橋梁寬度40.5m。

錨碇基礎(chǔ)采用地連墻方案作為基坑開(kāi)挖的支護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)地質(zhì)情況及

錨體設(shè)計(jì)需要，地連墻采用外徑為82.0m,壁厚為1.5m的圓形結(jié)構(gòu)，頂面標(biāo)

高+1.00m,底標(biāo)高-35.00~-43.00m,底部嵌入中風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖層；

地連墻分I期、II期兩種槽段施工，槽段共54個(gè)，設(shè)計(jì)最大槽深46.0m,在

地連墻兩側(cè)，采用直徑50cm水泥粉噴樁加固淤泥質(zhì)土，間距40cm,加固深

度15.0m,地連墻施工完成后進(jìn)行墻底灌漿。

地連墻施工完成后，采用逆作法分層開(kāi)挖土體，分層施工內(nèi)襯。各層

施工工期由土體開(kāi)挖控制，土體開(kāi)挖深度為27m,內(nèi)襯及土體分層高度控制

在3m以?xún)?nèi)。采用島式開(kāi)挖法進(jìn)行土體開(kāi)挖，一層沿圓周分十四個(gè)區(qū)域進(jìn)行

對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖并澆筑內(nèi)襯混凝土。內(nèi)襯從上向下：0~6m深度內(nèi)厚1.5m,6m深度

以下厚2m。頂、底板厚6m,中間為填芯混凝土。

1.2工程地質(zhì)條件

1.2.1工程概況及周邊環(huán)境

本工程地處廣東省**鎮(zhèn)沙公堡村，東距珠江大堤約300m,南側(cè)150m為

涌道大堤，西距縣道X928約180m,北距慶沙路(Y946)約150m,慶沙路距

市南路3.5公里，市南路南側(cè)與京珠高速連接，對(duì)外交通便利。

1.2.2工程地質(zhì)

大**道橋西錨碇區(qū)域覆蓋層主要由第四系全新統(tǒng)海陸交互相淤泥、淤

泥質(zhì)土、砂土和第四系更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、砂土、圓礫土組成，厚度約

24.20~28.50m；基底由白堊系白鶴洞組（K1b）泥巖組成，存在風(fēng)化不均勻、

風(fēng)化夾層現(xiàn)象；穩(wěn)定連續(xù)中~微風(fēng)化巖埋深約32.10~52.00m,起伏大，高差

19.9m。中風(fēng)化泥巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度在3.r3.8MPa,微風(fēng)化泥巖飽和單軸

抗壓強(qiáng)度在8.7~24.1MPa,屬軟巖~較軟巖。

工—田田

圖1.27西錨碇地連墻地址剖面圖

基坑開(kāi)挖及支護(hù)有關(guān)巖土參數(shù)建議值見(jiàn)表1.27。

表1.2-1各土層參數(shù)建議值

承載力摩阻力

容重浮容重內(nèi)摩擦

容許值標(biāo)準(zhǔn)粘聚力c

參數(shù)YY'角

[faO]值[qik]

kN/m3kN/m3kPakPaokPa

淤泥15.45.4502035

淤泥質(zhì)土16.56.5602558

粉砂1998020180

中砂19.59.530040250

粗砂18.88.840070280

強(qiáng)風(fēng)化泥

19.999.994501002050

巖

中風(fēng)化泥

20.510.565018030450

巖

1.2.3水文地質(zhì)

地下水由第四系孔隙承壓水和基巖裂隙承壓水組成，以第四系孔隙水

為主。淤泥（淤泥質(zhì)土）、粉質(zhì)黏土、殘積土、全風(fēng)化巖可視為相對(duì)弱透水

層及相對(duì)隔水層；砂礫層為主要儲(chǔ)水層，連通性較好，透水性好；地下水

由于水力梯度小，水平排泄緩慢，水位一般埋深較淺。下伏基巖強(qiáng)~中風(fēng)化

巖層風(fēng)化裂隙發(fā)育，裂隙開(kāi)裂不大，有地下水活動(dòng)痕跡，其賦存及運(yùn)動(dòng)條

件較差，透水性較弱，基巖裂隙受巖性、埋深等因素的控制，裂隙發(fā)育具

有不均勻性，因而其水量分布不均。

各地層滲透系數(shù)參考值如下：

表1.2-2各土層滲透系數(shù)參考值

地層滲透系數(shù)備注

淤泥1.668X10-4m/d土工試驗(yàn)

第四系砂層6.Om/d經(jīng)驗(yàn)值

粉砂5.Om/d經(jīng)驗(yàn)值

中砂10.Om/d經(jīng)驗(yàn)值

粗砂15.Om/d經(jīng)驗(yàn)值

強(qiáng)風(fēng)化層0.386m/d抽水試驗(yàn)

中風(fēng)化層0.257m/d壓水試驗(yàn)

2.監(jiān)測(cè)目的

通過(guò)本工程的監(jiān)測(cè)工作，可以達(dá)到以下目的：

(1)及時(shí)發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素

由于土體成分和結(jié)構(gòu)的不均勻性、各向異性及不連續(xù)性決定了土體力

學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性，加上自然環(huán)境因素的不可控影響，借助監(jiān)測(cè)手段以便能

及時(shí)采取補(bǔ)救措施，確?；臃€(wěn)定安全，減少和避免不必要的損失。

⑵驗(yàn)證設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工

通過(guò)監(jiān)測(cè)可以了解周邊土體的實(shí)際變形和應(yīng)力分布，用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)與

實(shí)際符合程度，根據(jù)基坑變形和應(yīng)力分布情況為施工步驟的實(shí)施、施工工

藝的采用提供有價(jià)值的指導(dǎo)性意見(jiàn)。

⑶保障業(yè)主及相關(guān)社會(huì)利益

在施工中，通過(guò)對(duì)周邊土體和大堤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，調(diào)整施工參數(shù)、

施工工序、重車(chē)進(jìn)出及停靠位置，確保周邊建(構(gòu))筑物、塔吊以及其它

機(jī)具設(shè)備的正常運(yùn)行，有利于保障業(yè)主及相關(guān)社會(huì)利益。

3.監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)原則、內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)

3.1監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)原則

(1)系統(tǒng)性原則

1)設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合，并形成整體，測(cè)試的數(shù)據(jù)相互能進(jìn)行校

核；

2)運(yùn)用、發(fā)揮系統(tǒng)功效對(duì)基坑進(jìn)行全方位、立體監(jiān)測(cè)，確保所測(cè)數(shù)據(jù)

的準(zhǔn)確、及時(shí);

3）在施工工程中進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性；

4）利用系統(tǒng)功效減少監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，節(jié)約成本。

（2）可靠性原則

I）設(shè)計(jì)中采用的監(jiān)測(cè)手段是己基本成熟的方法；

2）監(jiān)測(cè)中使用的監(jiān)測(cè)儀器、元件均通過(guò)計(jì)量標(biāo)定且在有效期內(nèi)；

3）在設(shè)計(jì)中對(duì)布設(shè)的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)。

（3）與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合原則

1）對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的目

的；

2）對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中在專(zhuān)家審查會(huì)上有爭(zhēng)議的方法、原理所涉及的受力部

位及受力內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提供反演分析的依據(jù)；

3）根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50497-2009）要求，監(jiān)

測(cè)報(bào)警值應(yīng)由基坑工程設(shè)計(jì)方確定，依據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算情況，確定圍護(hù)體、內(nèi)

襯結(jié)構(gòu)的報(bào)警值。

（4）關(guān)鍵部位優(yōu)先、兼顧全面的原則

1）對(duì)圍護(hù)體、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)中相對(duì)敏感的區(qū)域加密測(cè)點(diǎn)數(shù)和監(jiān)測(cè)內(nèi)容，進(jìn)

行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)；

2）對(duì)勘察工程中發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)條件變化較大的位置及施工過(guò)程中有異常

的部位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)；

3）除關(guān)鍵部位優(yōu)先布設(shè)測(cè)點(diǎn)外，在系統(tǒng)性基礎(chǔ)上均勻布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（5）與施工相結(jié)合原則

1）結(jié)合施工實(shí)際確定測(cè)試方法、監(jiān)測(cè)元件的種類(lèi)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)措施；

2）結(jié)合施工實(shí)際調(diào)整監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)位置，盡量減少監(jiān)測(cè)元件的埋設(shè)對(duì)

地連墻和內(nèi)襯施工質(zhì)量的影響；

3）結(jié)合施工實(shí)際確定測(cè)試頻率。

（6）經(jīng)濟(jì)合理原則

1）監(jiān)測(cè)方法的選擇，在安全、可靠的前提下結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)盡可能采用

直觀、簡(jiǎn)單、有效的方法；

2）監(jiān)測(cè)設(shè)備的選擇，在確?？煽康幕A(chǔ)上盡可能使用國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備；

3）監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量，在確保全面、安全的前提下，合理利用監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間

聯(lián)系，減少測(cè)點(diǎn)數(shù)量，提高工作效率，降低成本。

3.2監(jiān)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)**二橋工程S2標(biāo)西錨碇地下連續(xù)墻地質(zhì)勘察報(bào)告、施工圖設(shè)計(jì)、

施工組織設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)，為了保證施工的順利進(jìn)行，結(jié)合本工程特點(diǎn)、

現(xiàn)場(chǎng)情況及總體設(shè)計(jì)要求，確定項(xiàng)目監(jiān)測(cè)內(nèi)容如下：

（1）水文監(jiān)測(cè)

**二橋工程S2標(biāo)西錨碇地下連續(xù)墻區(qū)域地表徑流發(fā)育，大**道、小河

道等水系呈網(wǎng)狀分布，河流水位受潮汐、上游河流的影響，為地下水滲入

補(bǔ)給提供了充足水源。

西錨碇地下連續(xù)墻區(qū)域還存在灌溉河涌，水位隨潮水漲落變化，一般

變化量2m左右，河涌對(duì)地下水水位及地下滲流場(chǎng)影響較大。

西錨碇地下連續(xù)墻區(qū)域地處珠江三角洲平原區(qū)，地下水類(lèi)型以第四系

松散層弱承壓水及基巖裂隙水為主，淺部土層中，淤泥C於泥質(zhì)土）、粉質(zhì)

粘土為相對(duì)弱透水層及相對(duì)隔水層，砂層為透水層及主要含水層，地下水

量豐富。

考慮以上影響因素，水文監(jiān)測(cè)主要包括以下內(nèi)容：

1）基坑內(nèi)、外地下水位監(jiān)測(cè)；

2）地下滲流場(chǎng)、坑外孔隙水壓力監(jiān)測(cè)。

⑵地下連續(xù)墻監(jiān)測(cè)

1）地下連續(xù)墻姿態(tài)監(jiān)測(cè)：通過(guò)監(jiān)測(cè)地連墻頂圈梁的徑向水平、垂直位

移，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下連續(xù)墻實(shí)時(shí)姿態(tài)的掌握;

2)地下連續(xù)墻應(yīng)力監(jiān)測(cè)，包括混凝土應(yīng)力監(jiān)測(cè)、鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)；

3)地連墻深層位移監(jiān)測(cè)；

(3)水土壓力監(jiān)測(cè)：坑外水土壓力監(jiān)測(cè)。

(4)內(nèi)襯應(yīng)力監(jiān)測(cè)

內(nèi)襯應(yīng)力監(jiān)測(cè)：包括混凝土應(yīng)力監(jiān)測(cè)、鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)；

⑸周邊地形、構(gòu)筑物變形監(jiān)測(cè)：地下連續(xù)墻周邊地表沉降、位移監(jiān)測(cè);

珠江大堤、涌道大堤及其他地面構(gòu)筑物、管線變形監(jiān)測(cè)。

表3.2-1監(jiān)測(cè)項(xiàng)目匯總表

序號(hào)監(jiān)測(cè)類(lèi)別監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)方法

基坑內(nèi)、外地下水位監(jiān)

1水位計(jì)

測(cè)

地下滲流場(chǎng)、坑外孔隙

2孔隙水壓力計(jì)

周邊環(huán)境水壓力

3坑外水土壓力監(jiān)測(cè)土壓力計(jì)

周邊地形、構(gòu)筑物變形

4高精度水準(zhǔn)儀

監(jiān)測(cè)

5地下連續(xù)墻姿態(tài)監(jiān)測(cè)高精度水準(zhǔn)儀、全站儀

地下連續(xù)墻混凝土應(yīng)力

6混凝土應(yīng)力計(jì)

監(jiān)測(cè)

地下連續(xù)墻鋼筋應(yīng)力監(jiān)

7地下連續(xù)墻結(jié)鋼筋應(yīng)力計(jì)

測(cè)；

構(gòu)

內(nèi)襯混凝土應(yīng)力監(jiān)

8混凝土應(yīng)力計(jì)

測(cè)

9內(nèi)襯鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)鋼筋應(yīng)力計(jì)

1地連墻深層位移監(jiān)測(cè)；測(cè)斜儀

3.3監(jiān)控測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

⑴行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD63-2007)

⑵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10002.5-2005)

⑶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60-2004)

⑷國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB50108-2001)

⑸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000)

⑸國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)

⑺行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF80/1-2004)

⑻國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《精密水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》(GB/T15314-940)

(9)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》(GB/T12897-2006)

(10)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工程測(cè)量規(guī)范》(GB50026-2007)

(11)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)

(12)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市測(cè)量規(guī)范》(CJJ8-99)

(13)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑物基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-99)

(14)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB50497-2009)

(15)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑物變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ/T8-97)

(16)《巖土工程測(cè)試手冊(cè)》(林宗元主編)

(17)《**二橋工程施工圖設(shè)計(jì)(第三部分-大**道橋、第二冊(cè)-錨碇、第一

分冊(cè)-西錨碇基礎(chǔ))》**公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司、廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)

計(jì)院股份有限公司2014.2。

4.施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4.1施工監(jiān)測(cè)方法

本工程的施工監(jiān)控?cái)M采用自適應(yīng)法，監(jiān)測(cè)控制框圖見(jiàn)圖4.17。當(dāng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)測(cè)到的受力、變形狀態(tài)與設(shè)計(jì)模型計(jì)算結(jié)果不相符時(shí)，通過(guò)將誤差輸入

到參數(shù)辨識(shí)算法中去調(diào)節(jié)計(jì)算模型的參數(shù)，使模型的輸出結(jié)果與實(shí)際測(cè)試

到的結(jié)果一致，得到了修正的計(jì)算模型參數(shù)后，重新計(jì)算各施工階段的理

想狀態(tài)。這樣，經(jīng)過(guò)幾個(gè)工況的反復(fù)辨識(shí)后，計(jì)算模型就基本上與實(shí)際結(jié)

構(gòu)相一致了，在此基礎(chǔ)上可以對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行更好的控制，并對(duì)后續(xù)施工

狀態(tài)進(jìn)行有效預(yù)估。

圖4.1T自適應(yīng)施工監(jiān)控法基本原理

針對(duì)本工程，我們將通過(guò)前期結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)溝通、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等確定

施工階段控制目標(biāo)，在施工過(guò)程中對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行識(shí)別和采集，并對(duì)各階

段變形和應(yīng)力的實(shí)測(cè)值進(jìn)行誤差分析，在逐步完善動(dòng)態(tài)計(jì)算模型的同時(shí)繼

續(xù)預(yù)估下步參數(shù)變化值和趨勢(shì)，直至設(shè)計(jì)建成狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)。圖4.1-2為本工

程擬采用的施工控制框圖。

圖4.1-2施工監(jiān)控框圖

4.2高精度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

高精度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指在基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中采用科學(xué)儀器設(shè)備和手段

對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境的位移和變形以及地下水位的動(dòng)態(tài)變化、土層孔隙

水壓力變化等進(jìn)行綜合觀測(cè)。通過(guò)在施工過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以得到前一

段開(kāi)挖期間的各種信息，如支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形、周?chē)翂毫ψ兓龋?/p>

從而為施工期間進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化和合理組織施工提供可靠的信息，對(duì)后續(xù)開(kāi)

挖方案及開(kāi)挖步驟提出建議，對(duì)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情進(jìn)行及時(shí)預(yù)報(bào)。

4.3有限元反分析法

利用有限元方法對(duì)基坑施工全過(guò)程進(jìn)行模擬從理論上是完善的，但是

各項(xiàng)參數(shù)的取值非常困難導(dǎo)致計(jì)算精度降低。因此利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)反演地

層及結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，并用所得到的參數(shù)輸入有限元模型進(jìn)行下一步

開(kāi)挖施工預(yù)測(cè)是非常必要的，這也就是有限元反分析法解決的主要問(wèn)題。

根據(jù)大型深基坑工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)地層及結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)可以

分成以下三類(lèi)：

⑴直接根據(jù)已有資料確定，比如巖土容重、地連墻的彈性模量等；

⑵根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果直接確定，而不是通過(guò)反分析迭代來(lái)確定，比如

土體的泊松比可根據(jù)實(shí)測(cè)土壓力來(lái)確定；X

⑶需要通過(guò)反分析迭代確定的參數(shù)，這種參數(shù)包括土體模量及強(qiáng)度參

數(shù)，還包括施工過(guò)程的模擬，因?yàn)樵趯?shí)際工程中，土方的開(kāi)挖、支護(hù)結(jié)構(gòu)

的施工、地下水位的變化都是連續(xù)的，而在有限元模型中，這些連續(xù)的過(guò)

程只能通過(guò)有限個(gè)“時(shí)間點(diǎn)”來(lái)模擬，是不連續(xù)的。因此，如何調(diào)整生成

支撐單元、殺死土體單元、降低水壓力之間的關(guān)系，使之盡可能和真實(shí)情

況一致，也是反分析的一個(gè)重要內(nèi)容。

反分析采用直接法，即把有限元分析與優(yōu)化方法聯(lián)合來(lái)確定擬求的參

數(shù)，使由所求參數(shù)計(jì)算給出的內(nèi)力及變形值與實(shí)測(cè)值接近。由于實(shí)測(cè)之既

有位移也有內(nèi)力，我們所采用的目標(biāo)函數(shù)定義為：

m/C

/=￡叱油-1

I7------>min

式中：m—應(yīng)用于目標(biāo)函數(shù)的實(shí)測(cè)值數(shù)目

S：—第i個(gè)實(shí)測(cè)值

—相應(yīng)于上列實(shí)測(cè)值的計(jì)算值

叱—第i個(gè)量在目標(biāo)函數(shù)中的權(quán)值

在上列目標(biāo)函數(shù)中，引入了所考慮各量的權(quán)值，以考慮不同量的不同

重要性及相應(yīng)觀測(cè)量的可靠性差異。另外需指出，由于實(shí)測(cè)量很多，不可

能用所有的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行反分析。比如，利用測(cè)斜儀測(cè)出的墻體水平位移，

在一個(gè)孔中便有幾十個(gè)值，在反分析中主要利用包含最大變形的一段上的

數(shù)據(jù)。具體選擇時(shí)，首先選中最大變形所在的數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后向上和向下間

隔選取3~4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，最后將這7~8個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的計(jì)算值代入目標(biāo)函

數(shù)，求出目標(biāo)函數(shù)的值。

在反分析中可使用的優(yōu)化方法有多種，包括傳統(tǒng)的方法及新近發(fā)展的

智能方法（遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法）等。傳統(tǒng)方法一般迭代次數(shù)較少，

但有些情況下會(huì)陷入局部最優(yōu)；而遺傳算法在理論上可以求出全局最優(yōu)，

但計(jì)算量很大。本項(xiàng)目本著實(shí)用而有可靠的原則，著重研究了復(fù)合形法。

復(fù)合形法是對(duì)單純形法的發(fā)展，它可以在n維受非線性約束的設(shè)計(jì)空間

選擇并改進(jìn)設(shè)計(jì)點(diǎn)。所謂復(fù)合形，就是在n維設(shè)計(jì)空間內(nèi)，由K>n+1（一般

是2n）個(gè)可行點(diǎn)所構(gòu)成的多面體。而復(fù)合形法就是在受非線性約束的n維設(shè)

計(jì)空間中，對(duì)復(fù)合形的各頂點(diǎn)函數(shù)值逐一比較，不斷丟掉最壞點(diǎn)，代之以

既能使目標(biāo)函數(shù)有所改進(jìn)，又滿足約束條件的新點(diǎn)，逐步調(diào)向最優(yōu)點(diǎn)。其

流程如圖4.37所示：

圖4.37復(fù)合形法流程圖

按上述思路，我們擬采用復(fù)合形法反分析本工程基坑的土體模量。再

利用反分析所求出的模量值計(jì)算得出下一個(gè)施工步驟的支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移、

內(nèi)力等指標(biāo)，滿足信息化施工的要求。

4.4深基坑工程變形的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)建模

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料，實(shí)施錨碇基坑施工變形位移的智能預(yù)測(cè)與控

制，是信息化施工的重要環(huán)節(jié)，是動(dòng)態(tài)控制基坑施工安全的重要方法。施

工中，將運(yùn)用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的正演分析方法，將預(yù)測(cè)結(jié)果與變形警戒

值比較，必要時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)、施工參數(shù)，以減小后續(xù)施工中將發(fā)生的變形，

達(dá)到指導(dǎo)施工、有效控制變形的目的。

隨著科學(xué)的發(fā)展，其他學(xué)科的知識(shí)、方法也不斷被引入到巖土工程，

由此也推動(dòng)了反分析的發(fā)展。尤其是由于人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展，越來(lái)

越多的智能化技術(shù)應(yīng)用到巖土工程反分析的領(lǐng)域，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、

遺傳算法(GA)等。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN,ArtificiaINeutraINetwork)在本質(zhì)上是一種具

有可訓(xùn)練性能的非線性映射。它是一種高度簡(jiǎn)化的人腦生物結(jié)構(gòu)模型，其

層結(jié)構(gòu)包括許多相互連接的基本處理單元，用以模擬生物神經(jīng)元。神經(jīng)網(wǎng)

絡(luò)的特征來(lái)自于傳遞函數(shù)和連接權(quán)重，通過(guò)調(diào)整權(quán)重有可能用分布表達(dá)式

識(shí)別復(fù)雜的映射。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論已經(jīng)證明，三層以上(含三層)的神經(jīng)網(wǎng)

絡(luò)可以逼近任意非線性函數(shù)，所以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是描述和解決非線性關(guān)系

的一個(gè)有效手段。即使數(shù)據(jù)不完整或者不明確，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也能夠?qū)ふ易罱?/p>

近的匹配。即使是一些處理單元發(fā)生故障或完全失效，網(wǎng)絡(luò)也能根據(jù)它的

缺省誤差發(fā)揮作用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠從單獨(dú)的例子中提取廣義相關(guān)性。它的

模型是通過(guò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練建立起來(lái)的。假如用許多輸入輸出對(duì)(也就是說(shuō)輸

入向量和目標(biāo)向量)訓(xùn)練一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型，它就能夠從未訓(xùn)練的輸入值中得

到正確的輸出值。

目前，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用中，絕大部分的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是采

用BP網(wǎng)絡(luò)和它的變化形式，它也是前向網(wǎng)絡(luò)的核心部分，并體現(xiàn)了人工神

經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最精華的部分。

BP網(wǎng)絡(luò)是一種多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其神經(jīng)元的傳遞函數(shù)是S型函數(shù)，因

此輸出量為0到1之間的連續(xù)量，它可以實(shí)現(xiàn)從輸入到輸出的任意的非線性

映射。由于權(quán)值的調(diào)整采用反向傳播(BackPropagation)的學(xué)習(xí)算法，

因此也常被稱(chēng)為BP網(wǎng)絡(luò)。圖4.47給出一個(gè)基本的BP神經(jīng)元，它具有R個(gè)輸

入，每個(gè)輸入都通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)貦?quán)值w與下一層相連，網(wǎng)絡(luò)輸出可表示成：

a-/(w*p,b)

輸入.一般鄴經(jīng)元.

9⑴2(1,1)0

p(2)-W(L2)Q

,⑶”(1,3)=

：2(l,X)oo

p(&)?w(l,R)=1

a=f(yv*p+b')

圖4.4TBP神經(jīng)元

一個(gè)巖土工程問(wèn)題中的土性參數(shù)等與其內(nèi)力、變形間的關(guān)系顯然也是

一種非常復(fù)雜的非線性隱函數(shù)，所以完全有可能用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)模擬此

種復(fù)雜的非線性關(guān)系，從而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)基坑變形。而且作為比較成熟的算法，

MatIab中有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，這樣就可以借助MatIab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱的強(qiáng)

大功能，從繁瑣的編程工作中解脫出來(lái)，大大提高工作效率。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在地連墻體中布置了測(cè)斜管，所有孔的測(cè)試情況都是類(lèi)似的，

一般每隔1m測(cè)讀一次數(shù)據(jù)，并采用自下而上的數(shù)據(jù)處理方法，孔口數(shù)據(jù)再

通過(guò)經(jīng)緯儀測(cè)讀數(shù)據(jù)校正，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度，減小剛體位移的影響。

考慮到計(jì)算工作量以及實(shí)際工作時(shí)間的要求，預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)以每孔為單位，每

相鄰兩個(gè)深度構(gòu)成一個(gè)訓(xùn)練文件，并建立相應(yīng)的訓(xùn)練模型。本項(xiàng)研究工作

的基本程序如下：

⑴每期測(cè)斜孔數(shù)據(jù)的初步分析及數(shù)據(jù)庫(kù)的建立；

⑵建立訓(xùn)練樣本、測(cè)試樣本、預(yù)測(cè)樣本數(shù)據(jù)文件；

⑶樣本訓(xùn)練、測(cè)試，并建立訓(xùn)練模型；

⑷模型預(yù)測(cè)分析；

⑸編制預(yù)測(cè)報(bào)告。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4.4-2,輸入層有6個(gè)神經(jīng)元（每個(gè)深度取前3天的監(jiān)測(cè)

結(jié)果預(yù)測(cè)第四天的位移），輸出層有2個(gè)神經(jīng)元，對(duì)應(yīng)變形值，隱層神經(jīng)元

個(gè)數(shù)依據(jù)樣本學(xué)習(xí)情況實(shí)驗(yàn)確定。這樣每孔的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在30至35個(gè)左

右。每次完成預(yù)測(cè)成果的時(shí)間需要24至48小時(shí)。

圖4.4-2多步預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4.5基坑開(kāi)挖施工正裝模擬分析

4.5.1影響基坑開(kāi)挖過(guò)程圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形因素的分析

地連墻基坑由于其圍護(hù)方式的空間特殊性，通常情況下都會(huì)發(fā)生大變形,

所以對(duì)于其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇需慎重考慮。在深基坑工程中，在外圍土體出

現(xiàn)高水位和較厚砂土層時(shí)需考慮采用地連墻作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。其開(kāi)挖

方式一般采用橫向分區(qū)，縱向分層的開(kāi)挖方式。基坑施工前，了解各種土

層及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特征以及如何按照基坑特點(diǎn)選擇合理圍護(hù)結(jié)構(gòu)，這是

控制基坑變形和圍護(hù)有效的必要前提。深基坑工程在施工過(guò)程中具有明顯

的時(shí)空效應(yīng)，支護(hù)不及時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工缺陷等都會(huì)導(dǎo)致基坑產(chǎn)生過(guò)大變

形，甚至出現(xiàn)基坑周?chē)馏w坍塌，嚴(yán)重影響工程的施工及后期使用。

本工程共包括兩部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)，即地下連續(xù)墻和內(nèi)襯。地下連續(xù)墻下部

嵌固在中風(fēng)化巖層中，嵌入深度10m~20m;內(nèi)襯分為兩部分，0m~6m深度范

圍內(nèi)其厚度為1.5m,6m以下范圍內(nèi)其厚度為2m。由于該深基坑工程規(guī)模較

大，數(shù)值分析時(shí)在保證計(jì)算精度的基礎(chǔ)上，需對(duì)三維模型和施工步驟做一

些必要的簡(jiǎn)化，使得數(shù)值模擬工作的可行性得到滿足。

4.5.2深基坑三維有限元模型

地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑未開(kāi)挖前需施工建成；開(kāi)挖方式選擇單層平

挖，且開(kāi)挖完成后加設(shè)該層內(nèi)襯，依次順序類(lèi)推，直至完成所有施工步。

參考水文地勘資料選取巖土參數(shù)，結(jié)合該地下連續(xù)墻深基坑的特征建立三

維有限元數(shù)值分析模型，對(duì)該基坑進(jìn)行數(shù)值模擬分析，為其后續(xù)施工、設(shè)

計(jì)提供一些理論輔助作用。

巖土工程的數(shù)值分析就是以簡(jiǎn)單的物理模型區(qū)描述復(fù)雜的工程問(wèn)題，再

將其轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問(wèn)題并用數(shù)學(xué)方法求解。將巖土材料視為多相體，采用連

續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型分析巖土工程問(wèn)題一般包括下述方程：（1）運(yùn)動(dòng)微分方程

式（包括動(dòng)力和靜力兩大類(lèi)）；（2）總應(yīng)力、有效應(yīng)力和孔隙壓力之間的關(guān)

系方程（有效應(yīng)力原理）；（3）連續(xù)方程（總體積變化為各相體積變化之和）；

（4）幾何方程（包括小應(yīng)變分析和大應(yīng)變分析兩大類(lèi)）；（5）本構(gòu)方程，

即為力學(xué)和滲流本構(gòu)方程。對(duì)不同巖土工程中的問(wèn)題，基本方程中運(yùn)動(dòng)微

分方程、有效應(yīng)力原理、連續(xù)介質(zhì)關(guān)系和幾何解析關(guān)系的表達(dá)式是相同的，

不同的是本構(gòu)關(guān)系、邊界和荷載條件。本文使用MIDAS/GTS4.0版本對(duì)基

坑進(jìn)行三維數(shù)值模擬并分析該基坑各區(qū)段在各工況下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。

4.5.2.1基坑三維數(shù)值分析模型

數(shù)值分析工作中，首先建立該基坑的三維有限元分析模型，在建立有

限元模型時(shí)，第一步建立幾何模型，同時(shí)對(duì)幾何模型中各單元組定義基本

屬性，然后劃分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，按照所要分析的工況設(shè)置施工階段，最后進(jìn)行

有限元數(shù)值計(jì)算，具體建立和計(jì)算模擬的過(guò)程見(jiàn)圖4.5-1o

實(shí)體_____定義網(wǎng)格劃分_一定義施「________分收斂結(jié)果

組設(shè)置屬性及賦屬性階段析輸出

圖4.5T數(shù)值模擬抽象簡(jiǎn)圖

計(jì)算時(shí)，每步開(kāi)挖計(jì)算迭代次數(shù)設(shè)置30次，如若30次內(nèi)計(jì)算收斂，

則進(jìn)行下一步開(kāi)挖計(jì)算；如若30次內(nèi)不能收斂，則跳出計(jì)算截面，重新對(duì)

模型進(jìn)行修改，直至計(jì)算結(jié)果收斂為止。按照該過(guò)程對(duì)每步開(kāi)挖進(jìn)行數(shù)值

計(jì)算，最終得到所有基坑開(kāi)挖步的有效計(jì)算結(jié)果。

在建立三維數(shù)值分析模型時(shí)，考慮該基坑的開(kāi)挖方式、支撐類(lèi)型、圍

護(hù)結(jié)構(gòu)變形特征以及相鄰結(jié)構(gòu)尺寸大小等各種因素，避免導(dǎo)致計(jì)算不收斂

的網(wǎng)格質(zhì)量不高，節(jié)點(diǎn)不耦合等等原因，可將節(jié)點(diǎn)的控制準(zhǔn)則采取以下措

施：

(1)剛度變化處建立節(jié)點(diǎn)，同時(shí)避免多余節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)生；

(2)巖土邊界處建立節(jié)點(diǎn)，同時(shí)防止建立節(jié)點(diǎn)的懸空；

(3)荷載作用處建立節(jié)點(diǎn)；

(4)應(yīng)力變化較大處建立節(jié)點(diǎn)；

(5)結(jié)構(gòu)或巖土形狀變化處建立節(jié)點(diǎn)；

(6)需要輸出結(jié)果處建立節(jié)點(diǎn)；

(7)建立的所有節(jié)點(diǎn)必須與周?chē)噜徆?jié)點(diǎn)達(dá)到耦合。

對(duì)于單元的網(wǎng)格劃分需注意一下幾點(diǎn):

(1)次級(jí)單元粗略劃分網(wǎng)格，以控制單元總數(shù)的上限要求；

(2)開(kāi)挖土體周?chē)W(wǎng)格劃分需加密，以保證計(jì)算精度的要求；

(3)多維結(jié)構(gòu)相交部位需要細(xì)分網(wǎng)格；

(4)存在不規(guī)則邊界的部位需要細(xì)分網(wǎng)格；

(5)土層之間，土體與面單元需設(shè)置接觸單元以?xún)?yōu)化網(wǎng)格。

根據(jù)以上的規(guī)定，對(duì)錨碇基坑工程進(jìn)行數(shù)值分析建模。結(jié)合工程施工

實(shí)際情況，為方便分析，參考已有基坑數(shù)值分析研究成果，模型作如下假

定：

(1)同一標(biāo)高水平下的土層相同，(除風(fēng)化巖層)無(wú)橫向差異，縱向分

層定義各層土的各自屬性；

(2)地連墻結(jié)構(gòu)等效擴(kuò)展為縱向板結(jié)構(gòu)；

(3)忽略同一種單元群內(nèi)各單元屬性的差異，定義為相同屬性；

(4)不同標(biāo)高范圍內(nèi)襯砌均以異型梁板結(jié)構(gòu)八節(jié)點(diǎn)單元等效，將計(jì)算

精度保證為最優(yōu)；

(5)開(kāi)挖土層劃分在縱向分層的基礎(chǔ)上，橫向分區(qū)段一步開(kāi)挖。

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告以及基坑設(shè)計(jì)圖紙，地連墻基坑的預(yù)案設(shè)計(jì)的土層

共分為8層，自上而下的順序?yàn)椋河倌?、淤泥質(zhì)黏土、粉砂、中砂、粗砂、

強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化巖和微風(fēng)化巖。除巖層外，各土層均以平面性質(zhì)分界

面進(jìn)行區(qū)分。同時(shí)，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固端在風(fēng)化巖層中，故將強(qiáng)風(fēng)化泥

巖與中風(fēng)化巖的界面模擬為實(shí)際界面模式。為了對(duì)該基坑工程的最大化仿

真實(shí)現(xiàn)，數(shù)值模型中將淤泥層厚度設(shè)定為2m;淤泥質(zhì)粘土層厚度設(shè)置為5m;

粉砂、粗砂和中砂層厚度均設(shè)定為6m;強(qiáng)風(fēng)化泥巖層厚度設(shè)定為

中風(fēng)化巖層厚度設(shè)定為7~24m;微風(fēng)化巖層厚度15~20m。

根據(jù)施工地形，模型的邊界狀態(tài)較簡(jiǎn)單，模型頂面為地面，取自由面。

模型四個(gè)側(cè)面限制水平方向的位移，底部限制豎直方向的位移。該模型的

荷載條件主要是由于初始自重應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生。另外，計(jì)算過(guò)程中考慮了基坑

周?chē)奶钔梁奢d，200t履帶吊荷載及塔吊荷載。豎直方向的荷載由上覆各

土層及水的重度提供，水平方向的荷載由側(cè)面土體的側(cè)面主動(dòng)土壓力提供，

即土體自重引起的土壓力（Yhk）、粘聚力引起的負(fù)側(cè)壓力（20^/2）及靜水

壓力（y/?）之和。計(jì)算力學(xué)模型選用摩爾-庫(kù)倫彈塑性模型。

此外，河涌大堤距離基坑50m左右，其對(duì)基坑的影響主要是抬高基坑

附近地下水位，造成靜水壓力增大，在數(shù)值計(jì)算過(guò)程中已充分考慮了水壓

力荷載對(duì)地連墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。

為了滿足計(jì)算精度的要求，在計(jì)算區(qū)域上需要考慮足夠的計(jì)算范圍。

由工程概況、圍護(hù)體系支護(hù)體系綜合判定，最終確定建立計(jì)算模型為：長(zhǎng)

240m,寬240m,深度為80m?？紤]到施工成槽誤差使相鄰槽段的搭接發(fā)生

誤差，計(jì)算時(shí)墻厚折減為1.3m。模型共劃分單元36000個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為

110000個(gè)。

基坑整體網(wǎng)格模型和圍、支護(hù)網(wǎng)格模型見(jiàn)圖4.5-2、圖4.5-3和圖

4.5-4o

圖4.5-3支護(hù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格圖

0.00044.22688453132.679176905

圖4.5-4異型土層局部網(wǎng)格圖

有限元模型中，混凝土材料按照規(guī)范賦值，巖土層厚度及力學(xué)參數(shù)皆

根據(jù)《**二橋詳勘報(bào)告（西錨碇）》賦值。計(jì)算模型中本構(gòu)方程所需的物理

力學(xué)參數(shù)詳見(jiàn)表4.57、表4.5-2o

表4.57土體參數(shù)指標(biāo)

彈性模量（kN/泊松摩擦角內(nèi)聚力天然重度（kN/

土層

m2）比（度）(kN/m2)m3）

淤泥300000.33515.4

淤泥質(zhì)土500000.275816.5

粉砂800000.2318019

中砂1200000.2425019.5

粗砂2000000.2228018.8

強(qiáng)風(fēng)化泥

5000000.19205019.99

巖

中風(fēng)化巖10000000.173045020.5

微風(fēng)化巖14000000.153560020.7

表4.5-2圍護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)指標(biāo)

結(jié)構(gòu)彈性模量(kN/m2)重度(kN/m3)泊松比

地連墻3.0E7250.2

內(nèi)襯3.0E7250.2

4.5.2.3深基坑施工影響特征分析

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，**二橋西錨碇基坑工程的施工工況如圖4.5-5所示。

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，土體的卸載和內(nèi)襯的架設(shè)將直觀反應(yīng)為基坑的水平變形

和豎向變形兩方面。為分析在既定圍護(hù)結(jié)構(gòu)條件下對(duì)基坑施工響應(yīng)，確定

施工引起的基坑土體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形特性，對(duì)以上建立的模型進(jìn)

行系統(tǒng)的數(shù)值分析。

利用MIDAS/GTS4.0有限元分析軟件附帶施工階段計(jì)算方法計(jì)算，分

別按照?qǐng)D4.5-5所示施工過(guò)程進(jìn)行模擬施工，并獲得了該基坑模型中支撐

結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土體的應(yīng)力應(yīng)變、內(nèi)力和位移變形結(jié)果。

開(kāi)挖面

工況1

開(kāi)挖面

工況4工況5工況6

圖4.5-5基坑縱向施工過(guò)程順序圖(圖中藍(lán)色部分為襯砌)

經(jīng)數(shù)值分析后，可得各結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)值計(jì)算結(jié)果，現(xiàn)提取部分

具有代表性的主要計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4.5-6o

(a)竣工后土體X方向位移云(b)竣工后土體Y方向位移云

圖圖

(d)竣工后圍護(hù)結(jié)構(gòu)X方向位移

(c)竣工后土體應(yīng)力云圖

云圖

(e)竣工后圍護(hù)結(jié)構(gòu)Y方向位

(f)竣工后圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

移云圖

(g)竣工后土體豎直方向位移云圖

圖4.5-6基坑三維數(shù)值模擬計(jì)算成果圖

圖4.5-6中a和b為基坑嫉工后土體的位移狀況。由圖可知，土體在

開(kāi)挖完畢后，在基坑圍護(hù)作用下的X方向水平位移最大值為13.6mm,Y方

向最大水平位移為11.9mm,發(fā)生在履帶吊和塔吊綜合作用部位，從c可以

明顯看出，該加載圈產(chǎn)生了較為明顯的局部高應(yīng)力水平。該部位的形變量

對(duì)土體以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變狀況均造成不利影響，但由于本工程圍護(hù)

結(jié)構(gòu)的安全度較高，則整個(gè)基坑的穩(wěn)定性良好。

f為開(kāi)挖結(jié)束后的地連墻應(yīng)力云圖.從圖中可以看出，圍護(hù)結(jié)構(gòu)中間部

位出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。由d和e可以看出該部位對(duì)應(yīng)的水平位移也

最大，X方向最大水平位移為6.18mm,Y方向最大水平位移為3.64mm。

從整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形來(lái)看，其水平位移較小，而頂部水平位移隨著基

坑開(kāi)挖深度的增加而增大，且逐漸收斂為△max(2/3),造成該現(xiàn)象的主要

原因是由于該部位基坑的上部處于無(wú)撐裸空狀態(tài)，在土體開(kāi)挖卸載后，上

部側(cè)土壓力的作用效果較為顯著。另一方面，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性較強(qiáng)，

整體剛度相對(duì)較大，頂部的位移由鄰近支撐得到部分控制，底部位移由墻

體的縱向嵌固而使其發(fā)展也較緩慢，只有墻身中部位置的相對(duì)自由能力強(qiáng)，

所以最終會(huì)造成該部位的水平位移累計(jì)量較縱向其他位置明顯。從圖

4.5-6中g(shù)基坑的豎直方向位移云圖可以看出，基底隆起的最大量集中于

開(kāi)挖區(qū)底部，且該處存在明顯不均勻隆起。根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)基坑

底部隆起符合M曲線型規(guī)律，即隆起最大值發(fā)生在介于坑底周邊和坑底中

心的環(huán)形區(qū)域。了解基坑變形的大致情況后，從數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果中提取

基坑相關(guān)部位的位移值，量化地對(duì)基坑變形特征進(jìn)行研究。

(b)廣-虎方向圍護(hù)結(jié)構(gòu)截面單

(a)虎-廣方向圍護(hù)結(jié)構(gòu)截面單

元應(yīng)力

元應(yīng)力

(c)垂直虎-廣方向圍護(hù)結(jié)構(gòu)截(d)垂直廣-虎方向圍護(hù)結(jié)構(gòu)截

面單元應(yīng)力面單元應(yīng)力

圖4.5-7圍護(hù)結(jié)構(gòu)截面處的內(nèi)力云圖

4.5.3數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與分析

4.5.3.1計(jì)算工況分析說(shuō)明

該數(shù)值模擬基坑開(kāi)挖共設(shè)置9個(gè)工況，每個(gè)工況基坑開(kāi)挖深度為3m。

下層土開(kāi)挖前需采用內(nèi)襯對(duì)上層已開(kāi)挖土體進(jìn)行支護(hù)。圖4.5-8為工況1

下基坑各部分?jǐn)?shù)值計(jì)算云圖。

(a)土體X方向位移云圖(b)土體Y方向位移云圖

(c)土體X方向應(yīng)力云圖(d)土體Y方向應(yīng)力云圖

')uc:Xft>n<*>.

(e)圍護(hù)結(jié)構(gòu)X方向位移云圖(f)圍護(hù)結(jié)構(gòu)Y方向位移云圖

二

-