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北京市某深基坑开挖对建筑物的影响分析

时间:2018-05-10 20:48来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇建筑工程技术论文,建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段,需要运用工程地质勘察、水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料
本文是一篇建筑工程技术论文,建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段,需要运用工程地质勘察、水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑设备、工程机械、建筑经济等学科和施工技术、施工组织等领域的知识以及电子计算机和力学测试等技术。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑工程技术论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪 论
 
1.1 选题背景和研究意义
随着经济的飞速发展,城市人口急剧增加,城市化水平也越来越高,人们的生活居住环境也正向着更高更深的方向发展,地下工程的建设和使用已经成为了岩土工程发展的主要趋势。现如今,我国对地下深基坑技术的研究也取得了长足的进步,如西藏旁多水电站其基坑开挖深度最大达到 50.1m,取得了可喜的成果。上海世博 500 千伏地下变电站基坑开挖深度为 34m、上海地铁 4 号线董家渡基坑挖深 41 m。基坑往往会在一些城镇市中心施工,然而在北京作为我国的首都,人口密集,高楼大厦林立的城市里,周围的施工条件更加复杂,作为深基坑施工不仅要保证基坑的安全和稳定性,还应该考虑到紧邻建筑物地下管线(煤气、水、电、通讯管道等)、隧道、防汛墙、民用建筑、古建筑等,对于基坑周围的环境问题已成为重点问题,若基坑设计不当,均会对环境造成不利影响。关于基坑开挖引起周边环境破坏的原因主要分为:(1)支护结构变形引起地表沉降:在基坑开挖时,会对基坑周围的土体产生影响,随着基坑开挖深度的增加,支护结构受主动土压力的作用下,墙后土体有向基坑移动的趋势,而基坑周围土体则表现为沉降,由于土体的不均匀沉降,影响了周围的建筑物安全和正常使用,甚至还会引起工程事故。(2)由于降水井降水引起沉降:基坑工程在施工时,当地下水在基坑底面以上位置时,往往需要对基坑进行降水,当降低的水位过大时,将很可能使周围的土体发生沉降,当沉降过大时甚至会引起建筑物的倾斜和周围地下管线的破损等后果。因此,在基坑的施工过程中应考虑各方面的工程问题,以免在基坑施工过程中带来不可估量的损失。本文以北京地区的地层条件为背景,针对深基坑开挖对周围环境的影响进行了具体而深入的研究。
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1.2 国内外研究现状
基坑开挖是一个空间与时间效应相互影响的过程,随着土体的卸荷作用的发生,基坑内部产生隆起变形的同时还会使基坑侧向土体产生变形,在两者相互作用下坑外土体也会发生相应的位移。因此关于基坑开挖的研究应综合考虑各方面的因素,如今对于基坑开挖的研究:主要以总结施工经验、进行各种现场试验,以及数值分析为主。近年来,国内外学者在进行基坑开挖性状的研究中已经取得了丰硕的成果,早在 20 世纪 60 年代,Peck[1]针对芝加哥、挪威等地的基坑墙后地表沉降数据,首次提出了基坑开挖阶段对地表沉降的影响的经验方法,依据土层的不同,将基坑沉降曲线划分为不同的区,他认为坑外土体的沉降范围为 2~4h,砂性土和中硬粘土的沉降范围为 2h,对于软粘土,影响区域为 2~4h。对于软、硬黏土为 I 区,地表沉降最大值为 1%h以下,II、III 区对应的特软黏土、软粘土最大沉降为 1%~3%h 由于当时的施工方法和监测条件的局限性,其经验曲线相对比较保守。Oueta(l1993)[3]通过实地考察统计,将基坑的沉降趋势分成三角形和凹槽形。其中三角形最大沉降发生在墙后土体处,而凹槽型土体最大沉降发生在围护结构一定距离,并且其最大沉降不会随着基坑开挖的改变而改变。Hsieh et al.(1998)[4]提出了两种形态的预测方法,如图 1-4 所示,分别提出了两种不同形态对应的两种影响区的概念,其中主影响区的范围为 2h,而次要影响区域为 4h。
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第 2 章 基坑开挖对周围环境影响分析的相关理论
 
2.1 岩土体的性质
土压力的大小受地下水的情况、支护结构的位移和土的物理力学参数等因素影响。因此,对土压力进行计算决定了施工设计方案的合理性,是基坑支护设计的基本步骤。按照土体对支护结构的作用力和方向的不同,能够将土压力分成三种:静止土压力、主动土压力和被动土压力[21]。如图 2-1 所示:主动土压力是指在墙后土体作用下,墙后土体作用于墙体并产生相应的位移的力,随着墙体抵抗变形能力的增强,最终达到极限平衡状态。其中墙体在土压力影响下,将产生向基坑内侧移动或者转动的力,随着位移的产生墙体发生了剪切阻力,从而消减了土体的侧向土压力。当墙体完全发挥效用时,使得土体压力和墙体抵抗力处于极限平衡状态即为主动土压力,此时的土压力为最小。被动土压力是墙体对土体产生的推力,在外力作用下墙体向坑外方向产生变形最后达到极限平衡状态。当基坑支护结构上部在背离坑内方向产生水平移动和转动时,基坑支护结构以下部分可能发生向坑外的移动。受外力推向土体,在土中发生了剪切阻力,使得土压力随之增大。墙体推向土体的压力随着土压力对墙体的压力的增加,当抗剪强度完全发挥效果时,到达极限平衡,这个时候的土压力最大,即为被动土压力。在基坑工程中土压力的极限状态很容易达到,而达到极限状态需要土体发生一定的位移,如图 2-3 所示,不难看出在相同的条件下,三种土压力之间大小为 Ea≤E0≤Ep。基坑中得土压力一般都在这三者之间,因此,对于土压力的状态的计算可以根据土体发生位移来确定。
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2.2 深基坑开挖变形理论
基坑施工不但要确保安全和稳定,而且应注意开挖时对周围环境的影响,对于土质较好的可塑粘土、中密砂土和岩层地区,基坑施工时产生的变形较小,可以适当监控;对于天津、上海、杭州、福州等沿海城市,其土层多以软土为主,地质条件复杂,在基坑开挖过程中往往会产生较大变形,对基坑周围环境造成影响,是一种复杂而具有风险的工程。基坑开挖后,土体内力会产生改变,会使土层产生位移,支护结构变形,基坑底部发生隆起,基坑周围地表发生沉降,甚至会影响周围建筑物及地下管线及交通道路设施。基坑开挖之前,土体处于初始应力状态,由于基坑开挖导致基坑内的土体被移走,基坑两侧的水平荷载减少,垂直荷载基本不变,从微观上来说是基坑开挖过程中两侧围压逐渐减小,而竖向应力不变,从宏观来看岩土的的竖向位移是由于侧向岩土体荷载减少所产生的[22]。基坑施工变形主要以墙体变形、基坑底部隆起、基坑周边地表沉降和建筑物沉降为主,其中支护结构的地表沉降对环境的影响最为重大,是基坑开挖对周边环境的影响的重点。
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第 3 章 泰和长安中心基坑工程监测分析....20
3.1 工程概况........20
3.1.1 工程简介..........20
3.1.2 场地工程水文地质条件......21
3.2 基坑支护设计方案............22
3.3 基坑工程监测..........28
3.4 基坑内外及周边监测........30
3.5 监测结果分析..........32
3.6 本章小结........38
第 4 章 泰和长安中心基坑开挖有限元模拟分析............39
4.1 MIDAS 有限元软件的介绍 ........39
4.2 有限元模型的建立............40
4.3 数值模拟结果及分析........45
4.4 本章小结........50
第 5 章 泰和长安中心基坑周围环境的影响分析............52
5.1 理想点法原理..........52
5.2 权重的确定方法......53
5.3 对于基坑周围建筑物安全评价指标的选取............55
5.4 泰和长安基坑支护工程实例的研究....57
5.5 本章小结........58
 
第 5 章 泰和长安中心基坑周围环境的影响分析
 
随着社会的进步,在繁华闹市高层建筑越来越多,基坑开挖深度更深,规模更广,建设难度也更复杂,对于城市基坑工程其基坑周围环境总是很复杂,一些地下管线,多高层建筑物是难以避免的,需要对其安全性进行有效的控制和研究。目前基坑工程中对于建筑和周围地表沉降的研究但多是研究其规律,而没有系统的数值判断其安全性,通过监测资料整理和统计学的基础上进一步加以数据说明其安全的状态,这是信息化发展的趋势。由于该基坑的周围环境复杂,其建筑结构形式和基础形式不同,其地层为土岩结合地层,因此具有一定的研究意义,本文通过引入理想点法,并结合监测数据,通过直观的分析原理来评价建筑物的安全状态。理想点法自 1981 年以来主要用于多属性决策,此方法以简单合理易于理解的方式已经广泛用于岩土工程以及环境质量评价等方面。
 
5.1 理想点法原理
所谓理想点法指的是通过定义有限个指标的参数,计算指标与理想点的距离,并对其计算结果进行排序,对其利害进行相对性的评估。对于理想解分为最优解和最劣解,最优解是指评价对象中的各个指标都是最好的,对于理想点法的评价方法为距离最优解最近而距离最劣解最远。在基坑开挖过程中,对于基坑周围建筑物的安全应综合考虑各项指标,以及各项指标的影响程度,文章从建筑物的变形、土体的变形,以及地基土的扰动着手,并通过监测数据和地勘报告资料的整理来分析该建筑物在基坑开挖的过程中其安全程度。1)建筑物变形指标建筑物变形是否发生破坏由建筑物的刚度决定,建筑物的刚度越大,其抵抗变形的能力就越好,通过对建筑的沉降指标来确定建筑物的破坏程度。2)土体变形指标基坑施工是一种坑内土体释放荷载的过程,随着开挖的进行坑外土体和建筑物也将产生变形,其土体的变形和建筑物的变形具有一定关系。3)地基土扰动指标地基土为位于建筑物之下的土体,基坑开挖随着土体的变形将会使得其建筑物下地基产生扰动,如果地基变化较大,将会影响建筑物的变形。通过对地勘报告了解建筑物下的地基土层,根据土体的刚度以及硬度选取基床系数和普式系数作为分析指标。
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结论
 
本文以北京市某深基坑工程为研究对象,结合施工现场水文地质报告、岩土体物理力学参数等资料,通过对基坑开挖的全过程进行现场监测和有限元数值模拟,分析了基坑开挖过程中基坑周围地表和建筑物的变形规律,得到的主要研究结论如下:
(1)通过对该基坑工程的监测工作,收集监测资料并对监测数据进行内业分析和整理,可以得出以下结论:① 随着基坑开挖深度的增加,周边地表沉降和建筑物沉降也随之增加,当基坑开挖到 20 米范围时(即基坑开挖第 84 天),其沉降值已趋于稳定状态。② 由建筑物的沉降曲线可以看出对于建筑物的沉降可以分为三个阶段,同步沉降阶段,异步沉降阶段和稳定阶段。
(2)通过了解该基坑范围内的水文地质情况,岩土体的物理力学参数资料,以及基坑工程设计基本情况,运用 Midas 有限元分析软件对基坑进行模拟分析,将模拟数值与监测结果进行对比,得出结论:① 对于桩身水平位移模拟值与实测值进行比较,可以得到计算值略小于监测值,变化曲线为“弓形”,其中开挖五到开挖六由于土层和岩层的转变,其变形较大,在基坑开挖过程中需要对其阶段进行重点控制。② 从 MIDAS GTS 有限元模型中选取一断面的地表沉降模拟数据进行分析,其变化趋势与基坑监测结果较为接近,变化曲线为“凹槽”型,基坑最大沉降值为25.04mm,最大沉降点位于距离基坑边 8m处。③ 根据 MIDAS GTS 模型,选取万商花园酒店距离基坑不同位置处进行分析,可以看出不同距离的沉降量曲线在各个工况下变化趋势是一致的,实际建筑物沉降最大值为 22.5mm,模拟值为 20.2mm,两者较为接近。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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