泥炭土环境综合管廊基坑工程变形与坑底加固研究

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随着城市建设的发展,深大基坑、城市轨道交通、地下综合管廊等地下工程越来越多,在泥炭土地层上进行工程建设已经无可避免。泥炭土通常具有含水率高、孔隙比大、压缩性显著、抗剪强度低的特点,是工程性质极特殊的土,在基坑开挖过程极易出现坑底隆起、地表沉降过大。为了更加明确泥炭土环境综合管廊长条形基坑变形规律与坑底加固效果,本文以云南省保山市海棠路、东环路综合管廊工程为背景,结合泥炭土三轴固结排水剪切试验,运用ABAQUS有限元软件,开展泥炭土环境综合管廊长条形基坑工程变形、坑底加固研究。主要研究内容及主要结论如下:(1)对海棠路、东环路综合管廊岩土工程勘察的土样进行固结排水剪切试验和基本物理指标测定实验。结果表明,三个场地下伏泥炭土夹层有机质含量差异较大、邓肯-张E-B模型参数K值也有较大差异,拟建场地的地基土强度不均,各土层在纵横方向强度差异性大;对各土层开展三轴固结排水剪切试验,确定了各土层邓肯-张E-B模型参数。建立数值模型模拟固结排水剪切试验并与三轴固结排水剪切试验结果对比、建立基坑放坡开挖计算模型并与监测值进行对比,验证了考虑中主应力的修正Duncan-Chang E-B模型可以较合理地描述所依托综合管廊工程场地泥炭质土的本构关系。(2)依托工程项目,建立泥炭土环境下综合管廊基坑开挖三维模型,主要研究了长条形基坑尺寸对基坑开挖变形的影响,其次研究了坑底下伏泥炭土夹层的厚度、泥炭土夹层的下伏深度、放坡系数、横向支撑水平间距、钢板桩长度及基坑降水对基坑开挖变形的影响。1)尺寸效应分析结果表明:基坑宽、深不变,存在一个临界值长宽比,当基坑长宽比小于3时,基坑中心隆起量随着长宽比的增大逐渐增大;当基坑长宽比大于3时,基坑的隆起量几乎没有变化,趋于一个稳定值,基坑中部一定范围内计算结果接近二维平面应变问题分析结果。无横向支撑情况下,当基坑长宽比小于临界长宽比2时,基坑长边和短边围护结构的水平位移随着基坑长宽比的增加逐渐增大;当基坑长宽比大于临界长宽比2时,基坑长边围护结构水平位移量基本上趋于一个稳定值;相同工况下,基坑尺寸越小,基坑尺寸效应越明显。2)泥炭土夹层厚度、顶部埋深对基坑开挖变形影响显著,开挖前评估其对基坑开挖变形的影响,合理选择施工方案和坑底加固方案以减小基坑开挖对基坑周围环境的影响。(3)建立泥炭土环境综合管廊基坑开挖坑底加固模型,分别研究了坑底土体素混凝土换填参数、坑底工程桩参数(桩长、桩距、桩径)对基坑开挖变形的影响及工程桩受力与变形。结果表明:素混凝土换填加固厚度可以显著减小基坑的变形,存在一个临界换填加固厚度,当换填加固厚度过小时,容易造成坑底隆起值过大,影响基坑的稳定性;当换填加固厚度过大时,又会造成一定的浪费;工程桩可以使坑外地表沉降、坑底隆起变形显著减小,存在一个临界桩径和桩长,当桩径、桩长过小时,容易造成坑底隆起值过大,影响基坑的稳定性;当桩长、桩径过大时,又会造成一定的浪费。即存在一个临界加固桩距;当加固桩距过大时,容易造成坑底隆起值过大,影响基坑的稳定性;当加固桩距过小时,又会造成一定的浪费。
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