建筑深基坑变形监测及FLAC数值模拟分析.pdf
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1、 :建筑深基坑变形监测及 数值模拟分析收稿日期:作者简介:吴广兰(),男,硕士,工程师,从事变形监测与数据处理研究吴广兰(邵阳学院土木与建筑工程学院,湖南 邵阳 )摘要:深基坑是高层建筑的关键工程。以某商住楼工程为例,基于基坑开挖方式、支护方式及变形规律分析设计了监测方案,并应用于工程实践得到系统的监测数据。同时,利用 对基坑开挖各类变形进行模拟计算,将围护结构位移、地表沉降等主要变形监测数据与模拟结果进行对比分析,表明 数值模拟结果与实测数据结果相近、规律一致,即模拟结果具有可信度。然后分析了两者出现差异的原因,为提升数值模拟结果的准确性提供了建议,提出了工程安全防护措施,对于类似工程施工监
2、测、变形预测和安全防护具有重要意义。关键词:基坑;变形监测;数值模拟;围护结构中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言近年来,我国城市人口不断增加,快速的城市化推动了地产行业的发展,各类建(构)筑物逐渐多样复杂化,出现了越来越多的高层建筑,对于建筑安全要求也随之升高 。各类高层建筑建设的最大难点之一就是深基坑,其设计、施工难度均较大,风险也较高,在施工时一旦出现结构失稳,就可能会造成结构自身或者周围建筑坍塌,不仅会增加建设成本,还会危及相关人员的生命财产安全 。而施工变形监测和数值模拟分析则能有效地避免这些问题。本文以某区商住楼工程深基坑为例,对其施工过程进行了现场监测,基于监测得到的数据分
3、析其变形的原因;然后利用 软件对深基坑开挖的各个阶段进行数值模拟,了解基坑的变形和稳定性,同时将其与监测数据进行对比验证,为工程施工建设决策提供参考。工程概况拟建场地位于福州市某区,总体地势较为平坦,场地东侧距用地红线 左右为现有环岛新路,其他各个方向均有高层建筑。整个项目基坑支护涉及到的主体结构有 栋(层)和 栋(层)商住综合楼。该基坑近似梯形,南北宽达 、东西最宽处达 ,深度 。根据岩土工程踏勘报告,研究的基坑地质构造有人工填土、冲洪积岩、残积岩、粉砂岩等四类。其中,人工填筑土主要是由黏性土组成,面积分布多、厚度不均匀、质地松散,土层厚度约为 ;第四系冲洪积岩主要有泥炭质土揭露层厚 和黏土
4、揭露层厚 ;第四系残积岩主要是黏土,项目区域内均有分布,厚 ;粉砂岩包括多种风化粉岩石,深度在 。变形监测方案设计为保证基坑开挖安全须对基坑及周边环境进行必要的监测,以此掌握支护结构体、周边建筑物的变形、受力等情况,依此判断基坑及周边环境的安全情况 。当变形超过预警要求或现场出现异常情况时及时预警,对指导施工单位安全施工和优化设计方案提供重要参考。基坑支护设计为保证深基坑施工安全,结构支护是必不可少的。基于工程的实际,兼顾周边建(构)筑物、地表等安全因素,基坑采取围护结构 内支撑结构的综合支护设计方案,具体是在围护结构打入咬合桩、内部采用混凝土支撑,其中东西方向布置 道水平支撑、四角处设置 道
5、角撑,东西水平支撑梁间设置连接梁,两梁相交处设计立柱桩。基坑支护施工第一步即为打入咬合桩,该桩采用外径 灌注桩和 ,的三重管旋喷桩相互咬合组成,其相互交替咬合形成围护桩。第二步即为建立内支撑体系,内支撑混凝土()梁的截面为 ,连接梁同样为混凝土()梁,截面为 ,立柱旋挖成孔后灌注成桩,截面直径为 。监测内容与布设方案根据建筑基坑工程施工和监测技术规范要求,并结合研究基坑实际情况,设计基坑主要监测内容、使用的仪器设备、测点数量如表 所示。其中,坑顶水平位移监测点间距 左右布设一个;深层水平位移监测采用测斜仪观测,监测点的水平间距 ,测斜管长度大于桩深并且嵌入到稳定的土体中;地表沉降在基坑四周间隔
6、一定距离分别打孔,建筑物沉降选择有代表性的楼栋墙体位置布设;立柱竖向位移监测对所有立柱布设,埋设采用带有十字丝的特制第 卷 第 期年 月 山西建筑 测量钉。此外,还对项目区域的地下水位、周边建筑、地表裂缝等进行合理监测,了解施工综合影响。表 主要监测内容和测点数量监测内容测量仪器测点数量点号坑顶水平位移监测全站仪 地表、建筑物沉降监测水准仪 深层水平位移监测测斜仪 立柱竖向位移监测水准仪 支撑轴力监测数字测读仪 地下水位监测水位计 监测频率及预警控制基坑开挖前,符合要求的情况下取平均值作为各项监测内容初始值;现场监测在主要施工期是开挖深度小于 每天 次,超过 每天 次。当监测值异常如报警、速率
7、加快、基坑及周边大量积水、长时间连续降雨、市政管道出现泄漏、周边地面突发较大沉降或出现严重开裂、支护结构出现开裂等情况时应提高监测频率 。为此,结合工程实际制定如表 所示的报警控制指标值。表 监测内容及报警值监测内容报警指标累计变化量 变化速率()连续 天变化速率()备注坑顶水平位移监测 地表、建筑物沉降监测 深层水平位移监测 立柱竖向位移监测 支撑轴力监测 为构件承载力设计值地下水位监测 周边建筑及地表裂缝监测建筑持续发展地表 持续发展 开挖过程 模拟计算 软件目前在岩土工程领域应用广泛,该软件由美国的 公司开发,其核心理论是基于拉格朗日算法、利用多种预设的本构模型,使用相应的代码、输入相应
8、的参数就能模拟各种不同的材料,经过模拟计算达到清晰地反映岩土体形变规律的目的 。对于基坑工程而言,使用 软件进行数值模拟可以研究围护结构、支护结构以及土体等的形变,可以优化设计方案,也可模拟开挖过程中应变情况以及预测后续开挖形变情况,以便提前做好安全防护工作 。模型建立基坑模型建立的关键第一步就是确定模型尺寸,为了减小模型尺寸和边界效应对模拟效果的影响,此次模型垂直尺寸采用开挖高度的 倍即 深。计算模型如图 所示,建立的 数值模拟模型有 个单元和 个节点。?本构模型与计算参数基于本基坑占地面积较小、地质条件分布较好等特征,假设各层岩土体分布均匀,且不存在竖直方向的起伏波动,各层物理性质均匀,围
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