文摘

基坑开挖的变形和环境影响市中心是非常重要的。进行三维有限元分析理解13.9到15.2米深基坑的变形的平面尺寸约189米宽、251米长度由框架自上而下的方法(FTDM)软粘土地区在上海市区。现场监测结果表明,墙变形量的大小和地面定居点,以及列的隆起差异,相对较小,这是低于指定的保护水平,有没有这种款式特大号FTDM是可行的开挖施工方法。合理预测墙挠度通过三维有限元模拟定性对比模拟柱状隆起和测量数据,预测的沉降分布没有满意。本项目研究不仅作为一个特殊的案例研究校准和验证了数值工具还提供了见解有没有这种款式特大号的设计和施工使用框架自上而下的方法在软土深基坑和都市环境。

1。介绍

作为最大的城市和中国的商业和金融中心,上海目击者的建设越来越多的高楼大厦,地铁交通网络,和其他地下结构,它提供了广泛的平台以及更高的挑战开挖技术(1,2]。创新的研究人员和工程师正在探索和应用新技术在实际开挖的施工。可以使用三种施工方法施工的开挖,即自底向上方法(屁股),自顶向下方法(TDM)和锚的方法(3]。上海的贫瘠土壤条件防止锚的应用方法,这使得自底向上的方法和传统的自上而下的方法(TTDM,一种类型的TDM)最常使用的方法。屁股不环保由于其利用大量的临时支持这可能导致严重的浪费资源,和临时支持系统通常是不够硬,减少开挖的变形。通过使用永久地板系统的支持,这是硬足以减少开挖的变形,但TTDM需要隐藏开挖(4- - - - - -8]。此外,还需要很长一段时间来构造,如工作形式,钢筋,凝固,和固化,导致工期的延长以及unpropped墙暴露的持续时间。重大挡土墙变形量和地面运动可能引起由于工期长和unpropped墙深度挖掘造成的曝光时间在上海软土含水量高、强度低、高流变学(9- - - - - -12]。框架的自顶向下方法(FTDM)是一种特殊的自顶向下的方法适用于横梁作为支持充分利用屁股和TDM的优点。更具体地说,它不仅是更高的支持刚度和环保,也避免了许多其他问题,如长时间unpropped墙暴露隐藏的开挖造成的。

直到现在,有两个最有前途的方法获得的理解深基坑性能,有限元方法和经验共享通过发布案例的历史。(出版以来13],许多研究人员和工程师们贡献了大量的野外数据的知识挖掘的性能和相邻设施(14- - - - - -22]。更重要的是,经验和半经验的方法主要是来自野外观察的案例记录。数值分析是另一个有效的方法来研究复杂的问题在深基坑20.,23- - - - - -28]。由于各种类型的基坑支护结构和建筑基础,有限元法是主要的方法来评估解决相邻深基坑的影响(29日]。它更容易也更便宜和有限元分析研究深基坑行为比使用仪器和监测深度挖掘。目前基坑的有限元数值方法大多是基于平面应变分析,但基坑有明显的空间效应。三维有限元数值分析可以有效地模拟深基坑的开挖与复杂的周边环境(30.),有很大的优势。

介绍一个案例研究的框架自上而下的开挖在市区内的软粘土上海,中国。采用三维有限元法模拟开挖过程。这个项目及相关字段数据不仅促进彻底了解深挖掘的一般行为由FTDM构造软粘土在拥挤的城市环境,还提供了历史上一个很好的理由去校准和验证数值计算工具。研究结果和经验产生了从这项研究将有利于设计师、实践者,挖掘项目的承包商为更好地理解在拥挤的城市环境和减少挖掘的设计和施工的风险。

2。项目信息

2.1。项目位置

作为中国最大的城市,人口约2000万,上海位于中国长江河口的东海岸。这座城市位于平坦的冲积平原被称为长江三角洲,这档节目的特点就是高地下水表和上层厚软粘土。调查项目,挖掘坑Tangdong总部网站,在浦东新区,一些塔和讲台建筑物将建。塔的建筑包括一个42层楼,两个29-storied建筑,和两个18 18层建筑结构。地下室三层框架结构。塔楼的挖掘深度13.9 - -15.2 m,而讲台上的块13.6米。开挖区域的形状像一个矩形大小约251 m×189飞机,占地面积46240 m²。图1介绍了项目的平面图以及仪器。在开挖的北面,有Jinkang道路5.6米远。在南边是北方锦江大酒店第一阶段和第二阶段建筑22.6米和17.8米,分别。西边,Yanggao南路,中间有一个15米宽的城市绿带。北部的一侧,Huamu道路之间有10米宽的城市带。

为了避免损害相邻的结构和性质,上海本地代码(SCMC, 2010)指定三个不同保护等级(表1)深度挖掘;此外,深度挖掘的变形控制标准也建立了(参考表2)。根据这段代码,防护等级2指定这个深基坑施工;即。,the maximum excavation-induced wall deflection,δ嗯,应该不超过41毫米,最大的定居点,δvm,应该不超过34毫米。此外,允许非均匀解决室内钢柱被指定为小于或等于20毫米。这些标准定义基础上的是这样的赔偿方案不应该对建筑物造成明显的开裂也严重损害工具。

2.2。土壤特性

现场开挖之前,土壤条件是由一系列的探索领域勘探项目(例如,钻井,标准渗透测试,和针入度测试)。土壤剖面以及土壤的基本属性是呈现在图2。该网站的特点是一层薄薄的填补(I)层上地面以下1.5米(英国),紧随其后的是一层淡黄色的深棕色无机粘土在3 m地质调查局(II)层。下一层非常柔软的软粉质粘土地质调查局(第三层)扩展到8米。在第三层,有一层软公司粉质粘土(第四层)扩展到17.5英国地质调查局。下一层是灰色粉质粘土地质调查局(V)层扩展到24米,底部深绿色僵硬的粉质粘土层(VI)扩展到英国地质调查局28米。在第六层,现场勘探遇到非常密集的粉砂质细砂夹层之间的砂质粉土(第七层)直到75英国地质调查局的终止。英国地质调查局的长期的观察深度地下水位从0.24米到1.30米不等。单位重量、摩擦角和上层粉质粘土的压缩模量小于粉细沙越低,而含水量和孔隙比的粉质粘土低于低密度粉细沙层间的砂质粉土。僵硬的粉质粘土的凝聚力是密度比粉细沙层间的砂质粉土。土的压缩模量与孔隙比的负相关。 The larger the void ratio, the smaller the compressive modulus.

2.3。施工顺序和过程

建设活动总结表3。网站建设工作始于挡土墙和垂直支持系统以及压实土壤的灌浆。挡土墙是一种连续桩墙通常采用在上海作为临时墙。相邻桩28米的长度和直径1050毫米,200毫米的差距之间的两个钻孔灌注桩。深层土壤混合列,构造的连续桩墙,被用作防水窗帘。垂直支持系统是由钢格列和钻孔灌注桩穿过第七层。内部h型钢柱(470毫米×470毫米)在维持建筑负荷和深部钻孔灌注桩作为永久结构,供以后使用。此后,开挖和支撑系统发起支持为土壤被移除。梁的支撑系统是一个组合和临时加固钢筋混凝土(RC)环struts,支持连续桩墙。地下结构构造的基板,中间板,屋顶板伴随着删除临时RC环struts。 Young’s modulus,E混凝土在本网站使用的是3.5×10⁷kPa。

3所示。现场监测

验证设计假设和监控性能确保深基坑的安全的这个项目,一个长期综合仪表项目进行了原位。膜片的变形量墙壁被30测斜仪监测管(指定为CX1 CX30)。为了监视墙背后的地面定居点,13个关键部分(指定为J1-1∼JS1-6, JS11-1∼JS11-6)被选为插装。室内钢柱的垂直运动(指定为LZ1 tolz228)使用电子全站仪监测仪器。现场监测的更详细的信息可以在[31日]。它有利于构造函数采取合理的措施来控制墙的位移定位的地方最大的墙发生偏转。

地面沉降一直是工程师们面临的主要任务之一。基于大量的实测数据,许多研究人员研究了地面沉降的大小和分布模式,建立了许多经验预测方法。派克(13)指出,深基坑降水引起的巩固土壤,导致解决地面开挖旁边。它将导致定居点在更大的区域,而不是受开挖影响的区域。至于这个开挖,外层防水Φ的窗帘(电子邮件保护)三轴水泥/土壤混合桩长22.7米,减压井在40米深的坑,而最浅的承载表面含有地层⑦层是27米深。底部防水窗帘未达到承载含有层需要减压脱水,导致的失败形成有效的防水承载含有地层边界。这就是为什么大量的地下水抽从下面的坑来自水平径流防水窗帘,这将增加水位下降在承载含有地层基坑坑外的,导致解决大面积基坑坑外的。

在这些发掘TDM、内柱状隆起的大小是一个重要的质量保证和质量控制标准。由于根深蒂固的剧变发生偏转的墙壁和基地,土壤以外的坑坑内移动。在施工过程中,内部列之间将不可避免地抬起。非均匀圆柱状隆起在主体结构将产生连续的压力,甚至诱发失败的主要结构。

4所示。数值模型和材料参数

这个挖掘有规律的形状。本文建立了一个对称模型的1/4区域东南部的现有基坑分析过程中节省计算资源,促进建模(图3)。图4显示了一个3 d数值基本模型。建立模型是严格按照这个挖掘的物理力学参数不考虑地下水的耦合作用的数值分析。土壤硬化(HS)模型用于模拟土壤的行为(32],HS模型的参数列在表中4土壤可以被认为是上海的代表。此外,围护桩相当于防渗墙的分析。挖掘墙、框架梁和柱被认为表现为线弹性材料,为杨氏模量和泊松比都假定常数。

下面的计算步骤进行:(我)步骤0:初始应力状态(2)步骤1:激活墙(wished-in-place),设置位移为零(3)步骤2:挖掘到-1.15级(iv)第三步:激活支柱(顶梁)水平-0.58米(v)步骤4:挖掘到-5.85级(vi)第五步:激活支柱(中间梁1)在-5.05水平(七)第六步:挖掘到-10.05级(八)第七步:激活支柱(中间梁(2))-9.05米(第九)第八步:挖掘水平-13.6(最后一个级别)(x)步骤9:建设基础板

5。结果与讨论

5.1。挡土墙的变形量

图5显示墙位移的对比从实地测量和有限元法。如图,观察和预测匹配得很好,在每个阶段和分享基本上一致的分布概况。墙挠度增加和最大的位置壁偏转向下的动作随着开挖深度的增加。最大的墙在开挖面附近发生偏转,墙挠度观测到的数据比预计的要小,因为土壤的压实灌浆和面积的挖掘并不考虑有限元法。墙也会发生偏转的顶部墙墙挠度观测到的数据显然是大于一个预测,因为混凝土结构梁的收缩和蠕变。

5.2。地面定居点

的野外观察背后的地面沉降预测的墙壁都位于相同的部分在有限元模型中,即部分J8-1∼J8-6。根据沉降观测的设置点上面所提到的,沉降观测断面的面积大约是900米²。沉降观测和预测的墙后面增加开挖深度增加时,大致与位移的墙壁(图一致6)。在数值分析中,地面沉降曲线的形状像一个槽,一个明显的主要影响区(这)和次要影响区(SIZ),而最大地面沉降的位置向后移动时挖掘深入。这大大不同于观察。此外,数值模拟的最大地面沉降是14.9毫米,约0.11%,接近最大地面沉降测量,都不到δvm = 0.25%他指定的保护等级2(表2)。此外,统计汇总182测量部分地铁基坑工程在上海地区通常表明地面沉降的最大值位于0.5 - -0.7他从挡土墙水平(33]。从数值分析的这个项目,它可以注意到的最大地面沉降位于0.75∼他背后的墙壁,地面沉降身后墙上后他迅速减少,地面沉降在墙后面3后,他往往是稳定的。这是符合徐34]在地面沉降的程度的发掘了TDM在上海不超过3他的观测存在着显著差别。属性的差异,脱水不被认为是在数值模拟。

5.3。坑底隆起内部钢柱

列上升趋势的方法观察,这两个随着开挖深度的增加而增加。在第四阶段,柱状隆起趋于稳定。不同于不断增加的柱状隆起现场测量,柱状隆起增加梯形增量形式在有限元(图7)。原因是实际执行开挖面积,在开挖过程中连续递增阶段。在数值分析中,开挖是一层一层地执行在一个简化的方法。开挖完成后的预测列最大隆起两个衡量点46毫米和31毫米,分别在两个测量的观测点35毫米和20毫米,分别。预测略大于观测。土壤的应力在基坑的开挖释放,和土壤坑个篮板。负载由钢柱承担包括钢柱的自重和摩擦阻力和端阻力的钢柱。因为由于开挖卸荷,钢柱是由周围的土壤柱上升每次开挖后阶段。开挖完成后的预测列最大隆起两个衡量点46毫米和31毫米,分别是35毫米的观察和28毫米,分别。预测略大于观测。 The reasons include the following: The practical working condition is excavating and concreting bottom slabs area by area, but it is simplified to large-area excavation layer by layer in numerical analysis. In practice, dewatering causes soil consolidation which results in soil stiffening; therefore, both the base upheavals and the column uplifts are restricted. It proves that technical measures mentioned above effectively limit the base upheavals and column uplifts.

他们崇高的不同,当他们处于不同距离墙在不同阶段。柱状隆起的基坑显然更大,在列振奋靠近墙通常是小(图8)。在不同阶段,钢柱在不同位置向上基坑受到不同力量之间的土壤表面的高度差引起的基坑内外。随着开挖深度的增加,基坑的钢柱上向上的力将非常大,钢柱的垂直位移将会非常大,但由于钢柱在受到不同位置不同的约束,钢柱的崛起在基坑不同位置会有所不同。例如,列在LZ91隆起位于中间的基坑39毫米和列隆起LZ33靠近墙35毫米。在数值模拟中,柱状隆起遵循类似的趋势与实地测量,然而他们更大的大小的最大和最小值46毫米和40毫米,分别是特定的。为了保证结构的安全,有必要控制柱状隆起的区别。上海市建设和管理委员会(2010)规定,柱状隆起的差异两个相邻列的整体结构应不超过20毫米或L / 400 (L指列跨度)。相邻列的观察和预测隆起的差异小于5毫米,这是按照设计要求。

墙的位移、柱状隆起也会增加在不同阶段随着开挖深度的增加。柱状隆起展示重要的3 d角色的柱状隆起的更大基坑和小当靠近墙。虽然列隆起的预测比观察,3 d数值分析可以模拟柱状隆起定性在坐标系自上而下的开挖。

6。结论

通过长期的综合仪器项目和3 d数值分析,深基坑的性能由软粘土在上海市中心的FTDM广泛探讨。基于测量和预测的结果,可以得出以下主要结论:(1)至于那些发掘使用在排桩挡土墙,由于存在环梁和檩,桩的位移展示空间效果。然而,成堆的空间效应在隔膜的行相比似乎无关紧要的墙壁。应考虑时间效应有没有这种款式特大号的设计和施工坑挖掘敏感的软土,如上海软土。与观测相比,从有限元预测墙挠度不考虑脱水是相对合理的。(2)三维数值分析,在某种程度上,模拟挡土墙位移、地面沉降和隆起列的框架自上而下的开挖和提供了一个有益的补充的理解由FTDM复杂深基坑的变形。然而,在数值分析中,选择等问题的土壤本构模型和简化数值模型(如脱水、框架梁的收缩和渗流)应该考虑。如果执行这个开挖根据有限元法,墙的位移可以适当控制和地面沉降将被低估,而列状隆起将高估了实际施工中。因此,在项目设计中,设计师或工程师应该进行综合判断的基础上,数值分析和以前的经验。

数据可用性

所有数据可以从作者要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢同济大学Jingpei李教授的支持。这项工作是支持的江西省的关键研究和发展项目,中国(批准号AB18281010)。