土岩结合地区某深基坑变形监测与数值模拟分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
术 问题 Ｌ ３ ］ 。
随着计算机在大型工程模拟计算 应用 中的不断
推广 ， 基坑测试技术 的不断提高， 使得 通过计算机技 术、 利用数值分析的方法对基坑开挖过程 中产生的工 程 问题进行计算分析的途径成为现实 ； 而不断完善 的
基 坑 开挖过 程 中 的监 测技 术 ， 又为基 坑工 程设 计方 法 （ ２ ）水 文气 象 条 件 。施 工 区 内 的地 下 水 类 型 为
要： 青岛地铁火车站深基坑建设是在 土岩结合复杂地质条件下进行的大断面基坑开挖建设。该文借 以有 限元分析软件 ， 建立
基 坑开挖 土岩体与支护结构的数值分析模 型 ， 通过分 步施工步骤进 行计算分析 ， 最 终得出与实 际监测相符 的计算结 果 ， 验证 了通 过有 限元计算来预测基坑变形的可行性 ， 并得出土岩结合地质条件下基坑变形一般规律的结论 ， 以期能为类 似工程提供一定 的设
本文研究 的深基坑隶属 于青 岛地铁 ３ 号线火 车 站的深基坑明挖工程 ， 基 坑开挖处距离人流、 车流拥
挤 的青 岛火 车站较 近 ， 施 工场 地 附 近 建 筑 密集 、 人口
稠密， 因此影响场地无法 满足放坡开挖的要求 ， 这就
使 得基 坑 围护结 构 的设 计 与 施 工 问题 更 加 的紧 迫 而 突出 ， 给我 国 的基 坑工 程建 设带 来 了许多 新 的工程 技
计参考价值 。 关键词 ： 土岩结合 ； 基坑支护 ； 有限元 ； 变形监测 中图分 类号： ＴＵ４ ７ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ５ ７ ８ １ （ ２ ０ １ ３ Ｊ ０ ３ — ０ ３ ８ ０ － ０ ４
０ 引
言
现场监测数据与有限元数值模拟方法得到 的变形数
基岩裂隙水 （ 风化裂 隙水 、 构造裂隙水） ， 风化裂隙水 水力性质表现为潜水 ， 主要赋存于强 、 中风化岩层中 ，
透水 性弱 ； 构造 裂 隙水 水 力 性 质 表现 为微 承 压 水 ， 主
和理论的完善提供了实际数据， 基坑工程的设计原则
正 从 强 度 破 坏 极 限状 态 向 着 变 形 极 限状 态 控 制 发
接触带见 有碎裂 岩 ； 基 岩 上覆 盖 的土层 为 人工 填 土层 和粉质 黏土层 ， 其 主要工 程特性基本 指标见表 １ 所列 。
表 １ 地铁车站基坑地质表
青 岛 市 处 于 燕 山 晚期 花 岗岩 上 ， 地 质 条 件 较 复 杂 。土 岩结合 地 区是指 在施 工 中涉及 深度 范 围 内 ， 上 层 为土层 ， 下 层为 岩层 的复 杂地 质地 区［ ２ ］ 。
中， 分 布不 均 ， 富水 性较 差 。
外的地表沉 降监测 点 Ｄ Ｃ ０ ９ — １以及边坡水平位移监
测点 Ｐ Ｗ０ １ － ０ ７的监测 数据 进行分 析 。
２ 基坑支护结构 以及监测方案
（ １ ）基坑支护结构方案 。基 坑支护结构选 用预
应 力锚 板墙 支 护结构 ， 预 应力 锚板 墙支 护结 构是 一种 较 适合 岩层 基 坑 开挖 的应 用 型技 术 ［ １ ， 它 可 以充 分 利 用 岩土层 自身 （ 或 预处 理 ） 的稳 定性 ， 随着 基坑 的开 挖， 分层 铺设 钢 筋 网 ， 喷射 混凝 土 ， 以避 免 土层或 岩层
小的节理破碎 ， 土层或岩层的压力传 至锚杆 ， 并 由锚
杆 集 中受力 。 本 文研 究 的地铁 车站基 坑 长宽 尺寸 相差 较大 ， 周
围地层沿车站向分布也较均匀 ， 使用阶段结构受力以 横 向为主 ， 故沿纵 向取 １ ｍ 宽的结构作为计算单元 。 上部 的土 质地 层部 分采 用 １：０ ． ５比例 放 坡 开 挖 ， 下 部岩石部分采用垂直开挖 ， 针对不同的地质情况采用 不同长度 的锚杆和锚索 ， 开挖 面挂 网喷射混凝土 ， 地
据进行对 比， 研究土岩结合地区城市地铁车站基坑工 程 围护结构变形规律 。
随着城 市 区域 内土地 的稀 缺性 加强 ， 地 下工程 的 规模 和数量 迅 速增 长 。深基 坑 支 护 工 程施 工方 案 与 施 工 质量 问题 日益 突 出 ， 并 引发 了多起 工程 事故 和人
１ 工 程 概 况
质情 况 以及支 护设 计 如 图 １ 所示 。
图 ２ 监 测点位置 图
（ ３ ）基坑 监 测 总 结及 分 析 。监 测 点 得 到 的 观 测
土 岩结 合 地 区某 深 基 坑 变 形 监 测 与数 值 模 拟 分 析
方诗 圣 ， 孙 东晨 ， 杨仲 杰
（ １ ． 合肥工业大学 土木 与水利工程学 院， 安徽 合肥
摘
２ ３ ０ ０ ０ ９ ； ２ ． 中铁 四局集 团有 限公 司 技术 中心 ， 安徽 合肥
２ ３ ０ ０ ２ ３ ）
（ １ ）工 程 地 质 概 况 。本 基 坑 处 于青 岛火 车 站 附
员伤亡。尤其是在土岩结合 复杂地质地区的深基坑
开挖 过程 中的变形 ， 国 内 的研 究 较 少 ， 更 应 该 引起 设
计者 的重 视 １ ］ 。
近， 前期在土岩结合地区上层采用挖机开挖 ， 进人中风 化层后逐步改为爆破施工 。主体结构坐落 的基岩主要 以燕山晚期侵人花岗岩为主， 部分燕山晚期侵入脉岩， 岩性为煌斑岩、 花岗斑岩呈脉状穿插其间， 于不同岩性
要赋存于断裂带两侧的构造影 响带、 细晶岩 、 细粒花 岗岩 、 煌斑岩等后期侵入的脉状岩脉挤压裂隙密集带
展［ １ 。因此 ， 本文通过对具体工程实例的分析 ， 通过
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ３ — １ ２ ； 修 改 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ３ — ２ １
作者简介 ： 方诗圣 （ １ ９ ６ ２ 一） ， 男， 安徽岳西人 ， 博士 ， 合肥工业大学教授 ３ ８ ０ 《 工程与建设》 ２ ｏBiblioteka １ ３ 年第 ２ ７ 卷第 ３ 期
随着计算机在大型工程模拟计算 应用 中的不断
推广 ， 基坑测试技术 的不断提高， 使得 通过计算机技 术、 利用数值分析的方法对基坑开挖过程 中产生的工 程 问题进行计算分析的途径成为现实 ； 而不断完善 的
基 坑 开挖过 程 中 的监 测技 术 ， 又为基 坑工 程设 计方 法 （ ２ ）水 文气 象 条 件 。施 工 区 内 的地 下 水 类 型 为
要： 青岛地铁火车站深基坑建设是在 土岩结合复杂地质条件下进行的大断面基坑开挖建设。该文借 以有 限元分析软件 ， 建立
基 坑开挖 土岩体与支护结构的数值分析模 型 ， 通过分 步施工步骤进 行计算分析 ， 最 终得出与实 际监测相符 的计算结 果 ， 验证 了通 过有 限元计算来预测基坑变形的可行性 ， 并得出土岩结合地质条件下基坑变形一般规律的结论 ， 以期能为类 似工程提供一定 的设
本文研究 的深基坑隶属 于青 岛地铁 ３ 号线火 车 站的深基坑明挖工程 ， 基 坑开挖处距离人流、 车流拥
挤 的青 岛火 车站较 近 ， 施 工场 地 附 近 建 筑 密集 、 人口
稠密， 因此影响场地无法 满足放坡开挖的要求 ， 这就
使 得基 坑 围护结 构 的设 计 与 施 工 问题 更 加 的紧 迫 而 突出 ， 给我 国 的基 坑工 程建 设带 来 了许多 新 的工程 技
计参考价值 。 关键词 ： 土岩结合 ； 基坑支护 ； 有限元 ； 变形监测 中图分 类号： ＴＵ４ ７ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ５ ７ ８ １ （ ２ ０ １ ３ Ｊ ０ ３ — ０ ３ ８ ０ － ０ ４
０ 引
言
现场监测数据与有限元数值模拟方法得到 的变形数
基岩裂隙水 （ 风化裂 隙水 、 构造裂隙水） ， 风化裂隙水 水力性质表现为潜水 ， 主要赋存于强 、 中风化岩层中 ，
透水 性弱 ； 构造 裂 隙水 水 力 性 质 表现 为微 承 压 水 ， 主
和理论的完善提供了实际数据， 基坑工程的设计原则
正 从 强 度 破 坏 极 限状 态 向 着 变 形 极 限状 态 控 制 发
接触带见 有碎裂 岩 ； 基 岩 上覆 盖 的土层 为 人工 填 土层 和粉质 黏土层 ， 其 主要工 程特性基本 指标见表 １ 所列 。
表 １ 地铁车站基坑地质表
青 岛 市 处 于 燕 山 晚期 花 岗岩 上 ， 地 质 条 件 较 复 杂 。土 岩结合 地 区是指 在施 工 中涉及 深度 范 围 内 ， 上 层 为土层 ， 下 层为 岩层 的复 杂地 质地 区［ ２ ］ 。
中， 分 布不 均 ， 富水 性较 差 。
外的地表沉 降监测 点 Ｄ Ｃ ０ ９ — １以及边坡水平位移监
测点 Ｐ Ｗ０ １ － ０ ７的监测 数据 进行分 析 。
２ 基坑支护结构 以及监测方案
（ １ ）基坑支护结构方案 。基 坑支护结构选 用预
应 力锚 板墙 支 护结构 ， 预 应力 锚板 墙支 护结 构是 一种 较 适合 岩层 基 坑 开挖 的应 用 型技 术 ［ １ ， 它 可 以充 分 利 用 岩土层 自身 （ 或 预处 理 ） 的稳 定性 ， 随着 基坑 的开 挖， 分层 铺设 钢 筋 网 ， 喷射 混凝 土 ， 以避 免 土层或 岩层
小的节理破碎 ， 土层或岩层的压力传 至锚杆 ， 并 由锚
杆 集 中受力 。 本 文研 究 的地铁 车站基 坑 长宽 尺寸 相差 较大 ， 周
围地层沿车站向分布也较均匀 ， 使用阶段结构受力以 横 向为主 ， 故沿纵 向取 １ ｍ 宽的结构作为计算单元 。 上部 的土 质地 层部 分采 用 １：０ ． ５比例 放 坡 开 挖 ， 下 部岩石部分采用垂直开挖 ， 针对不同的地质情况采用 不同长度 的锚杆和锚索 ， 开挖 面挂 网喷射混凝土 ， 地
据进行对 比， 研究土岩结合地区城市地铁车站基坑工 程 围护结构变形规律 。
随着城 市 区域 内土地 的稀 缺性 加强 ， 地 下工程 的 规模 和数量 迅 速增 长 。深基 坑 支 护 工 程施 工方 案 与 施 工 质量 问题 日益 突 出 ， 并 引发 了多起 工程 事故 和人
１ 工 程 概 况
质情 况 以及支 护设 计 如 图 １ 所示 。
图 ２ 监 测点位置 图
（ ３ ）基坑 监 测 总 结及 分 析 。监 测 点 得 到 的 观 测
土 岩结 合 地 区某 深 基 坑 变 形 监 测 与数 值 模 拟 分 析
方诗 圣 ， 孙 东晨 ， 杨仲 杰
（ １ ． 合肥工业大学 土木 与水利工程学 院， 安徽 合肥
摘
２ ３ ０ ０ ０ ９ ； ２ ． 中铁 四局集 团有 限公 司 技术 中心 ， 安徽 合肥
２ ３ ０ ０ ２ ３ ）
（ １ ）工 程 地 质 概 况 。本 基 坑 处 于青 岛火 车 站 附
员伤亡。尤其是在土岩结合 复杂地质地区的深基坑
开挖 过程 中的变形 ， 国 内 的研 究 较 少 ， 更 应 该 引起 设
计者 的重 视 １ ］ 。
近， 前期在土岩结合地区上层采用挖机开挖 ， 进人中风 化层后逐步改为爆破施工 。主体结构坐落 的基岩主要 以燕山晚期侵人花岗岩为主， 部分燕山晚期侵入脉岩， 岩性为煌斑岩、 花岗斑岩呈脉状穿插其间， 于不同岩性
要赋存于断裂带两侧的构造影 响带、 细晶岩 、 细粒花 岗岩 、 煌斑岩等后期侵入的脉状岩脉挤压裂隙密集带
展［ １ 。因此 ， 本文通过对具体工程实例的分析 ， 通过
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ３ — １ ２ ； 修 改 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ３ — ２ １
作者简介 ： 方诗圣 （ １ ９ ６ ２ 一） ， 男， 安徽岳西人 ， 博士 ， 合肥工业大学教授 ３ ８ ０ 《 工程与建设》 ２ ｏBiblioteka １ ３ 年第 ２ ７ 卷第 ３ 期