土岩组合地层有限岩土体基坑开挖变形研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 12次 | 上传用户:liu_shuangde
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城市地铁明挖车站深基坑开挖稳定性是施工与环境安全研究的重要方面。青岛地铁蓝色硅谷线苗岭路站是“上软下硬”特殊地质与地层条件下进行开挖的换乘车站,该基坑开挖及支护工程复杂,施工步序繁多,加之此区域已有建筑物众多且紧邻,对施工期地层变形要求极高。如何分析土岩组合地层有限岩土体基坑合理的支护体系变形及结构受力性能,如何分析周边既有建筑基础及在建建筑基坑对基坑开挖的影响是保障施工与环境安全的重点和难点。本论文通过理论分析、现场测试及数值模拟等方法对苗岭路站基坑有限岩土体支护及变形问题展开系统研究,主要内容如下:(1)根据现场条件建立围护结构—岩土体—临近建筑的有限元模型,对临近建筑侧有限岩土体的变形及围护桩的侧移进行了分析,与实测结果的对比验证了数值模型的合理性。(2)建立岩土体—围护结构数值模型分析其相互作用,得出如下特点及规律,土岩组合地层中地表沉降最大值和地表沉降影响范围均随上覆土层厚度增大而增大,地表沉降最大值和桩体侧移最大值与上覆土层厚度均呈二次抛物线关系。地表沉降最大值和桩体侧移最大值均随强风化岩厚度增大而增大,地表沉降曲线为“凹槽形”,围护桩位移突变发生在土岩地层分界处,地表沉降最大值和桩体侧移最大值与强风化岩厚度均呈线性关系。预留岩肩宽度可优化范围为0.8~1.5m。增大锁脚嵌岩深度和桩体刚度对控制基坑变形有限,1~2m的锁脚嵌岩深度较合适,可以适当减小桩体刚度。(3)分别建立围护结构—岩土体—临近建筑筏板和桩筏基础数值模型,计算结果表明,既有建筑影响基坑的应力和位移分布,围护结构和建筑基础间的有限岩十体地表沉降分布曲线呈“S形”,上覆土层厚度对基坑周围的地表沉降影响显著,桩顶侧移量最大,其次是桩上部侧移量,桩下部侧移量最小,土岩分界处桩的变形幅度大;桩侧土压力曲线呈“三角形”。临近建筑基础不同形式对基坑有限岩土体区域的地表沉降、桩体侧移及桩侧土压力均有不同程度的影响,且临近建筑侧地表沉降、桩体侧移及桩侧土压力均大于远离建筑侧,双层地下室平板式筏基较三层的大。(4)建立土岩组合地层的相邻基坑开挖模型并进行了相互作用分析,当基坑间距小于10m时,先开挖基坑围护结构表现为整体向后开挖基坑侧移趋势。随着间距逐渐增加,相邻基坑开挖相互影响逐渐减小,基坑间有限岩土体的沉降模式总体上表现为两侧部分呈“凹槽形”,中间部分呈上凸的“抛物线形”。上覆土层厚度越大,先开挖基坑围护结构整体向后开挖基坑侧移量越大,有限岩土体地表沉降越大,有限岩土体两侧围护结构变形越大。上述研究成果直接服务于青岛地铁苗岭路站工程设计和施工,对于保障车站基坑与周边既有地下室之间有限岩土体的稳定以及提出邻近建(构)筑物防护措施起到指导作用,同时也为后续设计提供了理论基础,这对确保工程安全、节约工程投资等具有重要的意义。
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