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基坑变形控制标准的研究现状

328 2021-03-15 09:49:52


基坑的变形控制指标研究涉及基坑的自由土体变形、建(构)筑物的承受能力、建(构)筑物的附加变形等,是一个复杂的基坑开挖作用下建(构)筑物与土体的相互作用问题。其主要指标包括∶

① 围护结构的侧向位移和侧向位移速率;

② 地表下沉量及下沉速率;

③ 邻近建(构)筑物的沉降、倾斜等。


基坑开挖本身就是一个复杂的三维时空问题,支护结构的变形与诸多因素有关,如基坑形状、地层条件、支护形式、施工程序、施工工艺等,要给出一个统一的基坑支护结构的变形控制指标非常困难。


基坑围护结构变形的现场实测数据是围护结构在各种影响因素下的综合反应,为基坑工程的变形控制指标研究提供了实践基础。由于基坑具有很强的区域特征,各地区的土层条件、围护结构形式、开挖方法、工程经验等均不一样,因此这些相关的研究结果是否适合于广州珠江新城地区不同围护形式的变形控制标准确定仍有待进一步研究。


基坑变形控制指标的建立要求突破传统的力控制模式的研究思路,不针对某个具体的基坑工程施工实例,而从位移控制的角度出发,建立基坑的变形与结构物变形的联系。位移控制分析主要包括位移控制有限元方法和位移控制两阶段简化分析方法。


位移控制有限元法(Displacement-controlled finiteelement method/DCFEM)不考虑基坑开挖的实际施工过程,而是通过在应力自由面施加位移边界条件来模拟基坑开挖引起的应力释放,即在基坑开挖临空面和坑外地表施加位移边界条件。针对建筑物的简化问题,Potts 和 Adenbrooke(1997)采用梁单元的相对刚度(抗弯刚度和轴向刚度)来代表结构刚度,较为详细地研究了结构物刚度和沉降的关系,提出了一个能够考虑结构刚度作用的相对刚度法。



这个方法应用起来较为简便,但由于是基于数值分析的结果,其可靠性需要工程实践的验证,特别是在结构刚度的处理上过于理想化。


另外,该方法只能得到考虑结构刚度的修正的挠曲比和水平应变,而无法得到完整的建筑物变形曲线。韩煊(2006)在考虑了Potts 和Addenbrooke(1997)方法的局限性并对伦敦JLE工程大量实测数据进行分析的基础上,提出了一个能够考虑结构刚度的受隧道开挖影响的建筑物沉降预估方法,即刚度修正法,并在此基础上研究了建筑物的三维变形特性。


针对基坑开挖引起邻近建筑物变形的研究,涉及关于基坑开挖、建筑物结构与地基之间的复杂相互作用问题,由于其影响因素众多,且相关实测资料匮乏,导致这方面的研究非常少见。


目前北京、南京、广州、深圳、上海等城市已制定基坑变形控制的保护等级标准。


但各地对基坑变形控制标准的规定存在一定差异,有的采用绝对变形指标控制,有的采用相对变形指标控制,有的同时采用绝对变形指标和相对变形指标进行控制。当前基坑的开挖深度总是在不断增大,实践表明,随着基坑深度的加大,围护结构的水平位移与地表沉降均随深度成非线性增长,这将导致即使基坑自身处于正常工作状态,围护结构的水平位移和地面沉降│将超过绝对变形控制标准。此外,基坑周边不同保护对象对变形的控制要求也不同,地表沉降(绝对沉降、沉降差、倾斜、局部倾斜)是建(构)筑物的主要变形控制指标,坑外地层水平侧移是基坑侧边地铁隧道的主要变形控制指标,坑底隆起是基坑下方地铁隧道的主要变形控│制指标,坑外地层水平侧移和地表沉降是基坑侧边桩基础的主要变形控制指标。因此,具体工程的变形控制标准应根据基坑周边环境对变形的要求来确定。