软土地区深基坑开挖引起的地表变形分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 软土地区深基坑开挖引起的地表变 形分析 摘要: 深基坑开挖引起的地表变 形对周围环境的影响不容忽视，本文结 合南京地区工程实例，将传统的计算方 法加以优化，利用优化后的半经验半理 论方法计算深基坑开挖引起的地表变形， 得到的计算结果与实际情况较接近。 中国论文网 /2/view-12907990.htm 关键词: 深基坑; 地表变形; 经 验公式; 支护结构变形；水平位移拟合 0 引言 随着城市现代化进程的加快，在 建筑密集地带兴建建筑物（构筑物）必 然会越来越多。由于基坑开挖变形过大 所带来的事故时有发生，为保护市区临 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 近建筑物、地铁、地下管线、道路等设 施的安全，要求对基坑的变形做出严格 的限制，这就需要把原来的强度控制设 计转变为以强度、变形为控制的基坑设 计。 关于地表变形与支护结构变形的 关系，前人做过大量的研究，张尚根等 人根据工程经验提出了根据支护结构变 位估算地表沉降的一种方法 1 ，具有 一定的实用性。实际工程中， 在钢支 撑的工况下，直接将该方法应用于深基 坑工程时，得到的计算结果与真实情况 有较大差别，因此，本文根据南京河西 某深基坑（南京典型的软土基坑）的实 测资料将传统方法加以优化，得出了较 适宜的估算地表沉降的方法。 1 工程概况 南京河西某工程，由 3 幢住宅楼 和 1 幢公共配建楼组成。其中 1#住宅楼 为 11 层剪力墙结构;2#住宅楼为 34 层剪 力墙结构；3#住宅楼为 28 层剪力墙结 构；公共配建楼为 4 层框架结构。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 2#、3#和公共配建楼部位设一层整体地 下室，开挖深度约 10.0m。 本算例为较典型的南京软土地基 的基坑开挖工程。基坑影响范围内地层 情况：1 层杂填土，灰灰黄色，松散， 层底埋深 2.503.20 m； 2-1 层淤泥质粉 质粘土，灰褐灰色，流塑，层底埋深 14.8016.50 m；2-2 层粉质粘土，灰色， 软塑，层底埋深 34.4036.60 m。基坑 各参数如表 1 所示。 基坑支护结构纵剖图及测点布置 情况如图 1、图 2 所示。其中，支护结 构采用 C30 钢筋混凝土地下连续墙及 600 钢管结构支撑。地表沉降测点位 置为: 同一直线上，从坑外 2 m 起，向 坑外方向，测点距离基坑边缘 2 m、6m、12 m、20 m、28 m。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 2 地表沉降估算 2. 1 基本假设 1) 如图 3 所示，地表沉降影响 范围与基坑深度成正比，比例系数为 K D，即: D= K Dh 由于南京河西为长江漫滩地貌的 软土地基，地下水位比较高，为了保证 基坑安全并降低施工对周围环境的影响， 设计时基坑的支护结构长度与基坑深度 的比值较大，当基坑深度一定时， 增 大支护结构的长度可以减小基坑开挖对 基坑周围地表沉降的影响 2。因此， 按照原来由支护结构长度计算地表沉降 影响范围的方法估算实际工程不能得到 理想结果。而基坑深度的大小直接影响 着地表沉降的影响范围。根据大量工程 实测资料，取经验系数等于 2. 5，即: D= 2. 5 h (1) 式中: D 为地表沉降影响范围 ; h 为基坑深度。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 2) 地表沉降曲线服从正态分布: s( x ) = smax exp-(x / r) 2 (2) 式中: smax 为墙后地表最大沉降 值( mm) ; r 为沉降盆地计算影响半径 ( m) 。 3) 墙体水平位移最大值 y max ymax= 1. 4 smax(3) 4) 地表沉降曲线的包络面积 Fs 与支护结构变形曲线包络面积 Fw 成正 比，比例系数为 Ks，即: Fs= KsFw。 由于实际工程中采用的支撑轴力 较大，支护结构顶部位移为负(向坑外 方向)，因此支护结构变形曲线与原方 法所适用的工程差异较大，并且地下水 位较高，降水对地表沉降的影响较大 3， 因此在分析实际工程时，改进了 Fw 的 计算方法以及比例系数 Ks 的取值: 支 护结构变形曲线包络面积取支护结构全 长上水平位移曲线的包络面积，支护结 构向坑外侧位移部分曲线面积取负值; Ks 取 1. 0，即 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 Fs / Fw= 1. 0(4) 2. 2 计算方法 2. 2. 1 地表沉降曲线包络面积 Fs 的计算 由式( 2) 得: 可推出: ( 5) 式中: ，为标准正态分布函数 ; xm 为墙顶到最大沉降的水平距离。 近似认为: ( 6) 则: 式( 5)可变为 ( 7) 2. 2. 2 支护结构变形曲线包络面 积 Fw 的计算 支护结构变形可由实测资料得到 支护结构的单元节点位移，按最小二乘 法可拟和出支护结构的水平位移曲线， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 按照基坑钢支撑支护结构变形的特点( 支护结构顶部位移为负)，采用三次拟 和曲线，即: ( 8) 由最小二乘法原理可得 式中，zi、yi 分别为单元节点坐 标及计算水平位移值或实测位移值。 令 y= f ( z )，则水平位移曲线围 成的面积为 即:(10) 2. 2. 3 地表沉降计算 将式( 6) 、(7) 代入式 ( 4) 得: (11) 当地连墙各节点坐标 zi、水平位 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 移 yi 及最大位移 ymax 已知时，联立式 (3)、(6)、(10) 和(11) 式，即可求得 smax，r，xm。由( 2)式可求得支护结构 后任意一点的地表沉降值。 3 算例分析 在基坑中，测点 Z6(图 2)具有一 定的代表性，以其实测数据为例，进行 分析。 3. 1 支护结构水平位移拟和 地下连续墙各个节点水平位移实 测值及由最小二乘法进行二次，三次拟 和得到的拟和值对比曲线如图 4 所示。 其中，由式(8)、(9)求得拟和曲 线方程为: 图 4 地下连续墙水平位移图 由最小二乘法对支护机构进行二 次及三次拟和，由图 4 可知，三次拟合 得到的结果与实更相符，测数据最大误 差不超过 2. 0 mm，用该拟和曲线计算 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 地下连续墙水平位移曲线包络面积更适 合本工程实例。 3. 2 地表沉降计算 由式( 1) 得沉降影响范围为: D= 2. 5h=25.0m 由式( 3) 得最大沉降为: smax = ymax / 1. 4=8.65mm 由式( 10)求得的曲线方程得地连 墙变形曲线 包络面积为: 0.129m2 由式( 11) 得: 由迭代法求得: r18.13m 由式( 6) 得: = 6.87m 将求得的 smax、r 代入(2) 式，可 求得支护结构后任意点的地表沉降值 s( x ) = 8.65 exp-(x /18.13) 2 。 地表沉降测点位置处计算值与实 测值见表 2。 -