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    江西某基坑支護方案及對周 邊建筑物影響研究

    日期:2021年05月05日 編輯:ad201107111759308692 作者:無憂論文網 點擊次數:90
    論文價格:150元/篇 論文編號:lw202104251100051302 論文字數:43222 所屬欄目:土木工程論文
    論文地區:中國 論文語種:中文 論文用途:碩士畢業論文 Master Thesis

    本文是一篇土木工程論文,本文以江西省工業設計中心基坑支護工程為背景,在搜集周邊環境、水文地質工程地質等資料基礎上,從技術、經濟、工期等角度對支護方案進行了綜合分析比選,采用理正深基坑軟件、有限元數值模擬等方法分析了支護結構受力、變形及基坑開挖對周邊建筑物的影響。


    第一章 緒論


    1.1 研究背景及意義

    如果說 20 世紀是萬物更新的年代,那么與上個世紀相比我國自從進入飛速發展的 21 世紀以后,社會發展日新月異。其中最為明顯的標志是隨著習總書記關于全面建設成為小康社會的指導要求而加速發展的城市化進程,根據人口統計我國已經進入超一線城市的發展階段,各大一線城市人口超 1000 萬,北京、上海更是達到了 2000 萬人口的大關。隨著城市人口的逐年增加,越來越多的人群對城市生活的要求也越來越高,更多元化的購物模塊,更加快速便捷的交通系統已然成為城市發展的標志【1】。同時,由于不斷增加的人口所帶來的城市負面影響也越來越大,如擁擠的街道、土地資源的匱乏,加上此次新冠肺炎所引發的傳染連鎖反應,更加引發的人們對于城市生活合理化的思考。隨著科學技術的創新與建筑施工新技術的運用,在城市建設上,工程師們給了城市發展更多的想象力,立體化空間結構的開發促使了城市中地上、地下娛樂生活空間的協調【2】。根據行業內的數據統計顯示,自 2014 年起的城市發展中,中國正在以平均每 5 天就有一棟摩天大樓完工的速度不斷前進著。按照這個速度,預計到今年為止,中國的摩天大樓總數量將超美國,具體數據將為美國的 2.3 倍。并且隨著我國建筑制造行業的不斷發展進步,我國摩天大樓的高度也在不斷上漲,由于樓高與樓地基之間的關系,我們知道天上越高、地下就越深【3】。我國摩天大樓建筑物的基坑深度與空間要求越加深入地下,由此就催發了規模頗大的深基坑工程,且地下使用深度也由曾經的一層、兩層逐漸發展到三層甚至更深,如在2015年投入使用的上海中心大廈,總高度已到632m,地下深度最深為31.1m,總地下面積為 34960m2,且由于該大廈與大部分的摩天大樓所處環境類似,均處于城市中心 CBD,周圍環境復雜且多建筑物、地下管線密布,地鐵穿行隧道較多,地面交通干道交織。如何在不影響周圍人群出行生活的條件下完成施工就要求施工單位用盡量少的施工場地,在對周圍影響降到最小的情況下進行施工,同時必須要保障施工的安全性,尤其是對周邊建筑物不可產生擾動,對基坑開挖后的支護要求更高。

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    1.2 國內外研究現狀

    由于社會的發展和建設的需求,在制造業發展到今天,人們的基坑開發技術也由原始的放坡施工,不斷更新發展而演變成了現在的深基坑技術,施工方式方法也越來越科技化【4】。作為基建工程中的主要組成部分,深基坑施工是一個工程項目中的重點和難點,而在于常見的深基坑施工中較難處理的部分一般為施工過程中邊坡支護與圍擋設施的設計,這一類的設計需要根據地質條件及物理力學的結合分析才能得出,但由于深基坑的施工過程是一個動態的過程,在施工過程中周邊環境會由于施工所帶來的影響而不斷發生變化【5】,這就要求邊坡支護和圍擋設施也能夠應付這一類不停的力學變化,對邊坡支護和圍擋設施的設計要經過精密計算,確保施工過程的基坑的安全穩定。

    在進行建筑施工過程中,對于建筑的地基和地下工程施工需要用到基坑的支護圍擋設施,同時基坑的邊坡支護技術也是綜合巖土工程的一個重點難題【6】。由于我國對于深基坑支護圍擋施工工作起步較晚,因此在我國對于深基坑的技術研究還處于實踐階段,在不斷發展研究中,深基坑支護圍擋施工成為了一項由實踐經驗積累發展而來的技術,是一項需要結合工程地質、土壤力學和結構力學、施工技術等等各方面不同的知識點而形成的綜合性非常強的一個施工學科。

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    第二章 深基坑的支護設計理論和方法


    2.1 深基坑支護常規設計理論

    2.1.1 對不同情況下土壓力的計算

    在對建筑施工中的基坑施工研究中,一般會在有重力擋土墻圍護結構的情況下來研究主動土壓力,探討主動土壓力的理論體系。但如果使用的圍擋支護結構不一樣時,所發生的受力情況也是完全不相同的,若使用柔性的圍擋結構,則在基坑開挖時所產生的維護結構水平位移和主動土壓力的情況,需要靠朗肯土壓力和庫倫土壓力的理論來計算,在這一點上,不同的支護結構的理論基礎相差較大【32】。

    1.庫侖土壓力計算

    1773 年法國的庫倫(C. A. Coulomb)提出了一種新型的計算主體壓力的方式,這種方法的主要計算原理是根據擋土墻后部所形成的滑動楔形體所產生的靜力平衡條件為依據來計算土壤產生壓力的方法。該計算理論問世以來,由于其較為方便的計算方式和對于大部分情況都適用的計算結果,而逐步成為了一種主流的土體壓力計算模型被廣泛運用【33】,更為難得的是該計算方法多次證實其計算結果與實際測量結果相符。根據庫倫理論模型假定基本情況如下:

    (1)擋土墻背后土壤為僅有內摩擦力而無粘聚力的無粘性土;

    (2)擋土墻所受到的主動土壓力或被動土壓力形成了滑動的楔形體,且所形成的滑動面為通過墻體的平面;

    (3)擋土墻后滑動楔形體,可視為剛體。

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    2.2 理正基坑軟件簡介

    計算機軟件輔助施工方面,目前較為運用廣泛的計算機軟件為理正軟件。使用理正深基坑軟件,對不同基坑進行支護設計時可以選擇的方式較為廣泛,主要有圓排樁、方排樁支護方式、土釘墻支護方式與地下連續墻支護方式等。該軟件的計算功能十分強大,對于不同的支護方式進行理論分析和運算都十分便捷,此外還可以通過軟件分析不同的支護方式,并進行優化分析與結果推算,以便選擇更加合理的支護方式。其次,對于支護方式的運算,不僅可以采用模擬支撐,還可以計算支護系統的自身結構條件,同時還可以計算出支護系統所受到的內力,加入地表沉降因素后還可驗算基坑支護系統是否能夠達到整體穩定和對抗地面隆起的效果。

    《建筑基坑支護技術規程》、《建筑基坑工程程技術規范》、《建筑邊坡工程技術規范》為理正軟件主要使用的三種行業規范與國家標準。此外還可以選擇各種適用于不同地方新規定的地方性規范。

    圖 2.7 理正深基坑軟件

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    第三章 江西工業設計中心基坑支護方案選型及受力變形分析..................17

    3.1 工程概況...................... 17

    3.2 周邊環境及基坑設計等級分析..................... 17

    第四章 基坑開挖對周邊環境影響研究.......................... 51

    4.1 概述................................ 51

    4.2 研究對象及分析結果........................ 51

    第五章 基坑施工過程管理及應急措施.......................... 61

    5.1 施工過程管理............................ 61

    5.1.1 基坑開挖.................................... 61

    5.1.2 SMW 工法樁.................................61


    第五章 基坑施工過程管理及應急措施


    5.1 施工過程管理

    5.1.1 基坑開挖基坑施工過程中開挖是重要的一道工序,如果開挖不當,很容易出現塌方、支護結構破壞甚至倒塌事故。因此開挖前必須進行施工組織設計、嚴格按照設計要求施工作業。具體措施如下:

    1)應在取得經評審認可的基坑土石方開挖施工組織設計后,才可以對基坑土石方進行開挖。

    2)對土石方開挖時需要嚴格按照設計的需求和施工的順序。按需開挖、分層開挖、分段,對稱均衡開挖,嚴禁超挖。

    3)在機器開挖機坑時,需要對冠梁、腰梁和內支撐等支護系統進行保護,不得損壞已有的支撐和連接系統。挖至基坑底部時,還應該避免擾動基底的持力層結構保持其原始狀態。

    4)土方工程開挖時,應當立即在開挖之后完成墊層的施工,對基坑開挖完成后進行封閉,防止雨水侵入,及時對地下結構進行施工。

    5)在深基坑進行開挖時,地上部分的支撐強度需要達到設計要求,若無法達到要求則不可進行下方土方的施工。當開挖完成后嚴禁拆除未達到拆除要求的支撐結構。

    6)進行開挖時挖出土方,禁止堆放于基坑的邊坡處,尤其是在基坑周邊不得放置施工材料和車輛機械設施等。

    7)進行深基坑開挖時,應按照設計要求做好相關監測工作,密切跟蹤,及時發現異常情況并上報,以保證基坑和周邊環境安全。

    8)當施工時所表露出的土壤地質結構與勘測報告有出入時,應立即停止開挖,及時上報異?,F象,待相關單位采取必要措施后再進行施工。

    圖 3.1 基坑地理位置圖

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    第六章 結論和展望


    6.1 結論

    本文以江西省工業設計中心基坑支護工程為背景,在搜集周邊環境、水文地質工程地質等資料基礎上,從技術、經濟、工期等角度對支護方案進行了綜合分析比選,采用理正深基坑軟件、有限元數值模擬等方法分析了支護結構受力、變形及基坑開挖對周邊建筑物的影響,得出以下結論:

    1、對江西工業設計中心基坑情況進行了介紹,從工程地質、水文地質、周邊環境、基坑深度等角度進行了綜合分析,提出了 2 種支護結構形式及止水方案,即:方案一東側、南側采用工法樁+豎向斜撐,北側、西側采用排樁+三軸攪拌樁+ 豎向斜撐;方案二為工法樁+角撐的支護方案。從安全、經濟及施工工期等角度分析了二種方案的優缺點,方案二更具有優勢,是本基坑的優選方案。

    2、采用理正深基坑軟件單元模塊及整體模塊三維建模進行了基坑施工工況下支護結構變形及內力計算,計算得到的支護樁最大位移 13.89mm,冠梁最大軸力 N=2158.

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