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分析基坑围护结构变形监测信息和工程条件动态变化特征

日期:2017-4-24作者:佚名编辑:wangli点击次数:184
销售价格:免费论文论文编号:lw201011041047491892论文字数:2341 
论文属性:职称论文论文地区:中国论文语种:中文 

[摘要]结合某深基坑工程实例,采用ABAQUS对基坑变形进行模拟分析及预测。对开挖后基坑局部出现位移超过了报警值、水平位移持续增加的险情,通过分析基坑围护结构变形监测信息和工程条件动态变化特征,不断修正有限元模拟条件,分步对变形进行模拟分析及预测。将其结果与实际监测数据进行分析比较,用以指导该基坑的动态施工,针对险情采取相应加固措施,取得了较好效果。

由于设计、施工不当导致基坑事故时有发生,通过深基坑施工全程的变形监测,采用ABAQUS有限元分析软件对基坑支护结构的变形进行模拟分析及预测,将其结果与实际监测数据进行比较分析用来指导基坑开挖的动态施工,是避免基坑事故发生的有效措施。

1 工程概况衡阳某建筑物由1栋17层主楼和2栋5层裙楼组成,总建筑面积77 672•15m2,其中地下室建筑面积为26 621•53m2,采用桩筏基础,上部为框架剪力墙结构。该工程位于衡阳市解放路与蒸阳南路交汇处,东距蒸阳南路6m,西紧临雁城酒店,南面距某银行地下室16m,北临解放路。基坑平面总长约530m,基坑面积7 333•7m2,基坑平面形状复杂(见图1)。基坑支护采用单排桩锚结构,支护深度为9•15m;人工挖孔桩直径1m,中心距2m,桩长18 m,嵌于中化岩层7•85 m,配筋825,混凝土强度等级C25;桩顶设钢筋混凝土冠梁,截面尺寸为1 100mm×700mm,混凝土强度等级为C20。桩间土喷射100mm厚C20素混凝土面层,在冠梁下方1•1m处设置长12m、120mm的锚杆,倾角10°,锚筋为125,水平间距1m,采用0•2~0•3MPa压力注入M10水泥砂浆。地下水由基坑内设置的排水沟和集水井进行明排,地表设置截水沟。为确保基坑安全,做到“信息化”施工,在杂填土厚度较大部位和建筑物密集的3边的冠梁上每隔15m布置1个水平位移监测点,共计19个。基坑施工期间,每天监测1次支护桩顶位移,直至地下室外土方回填完毕。变形突变时增大观测频率,并对观测数据进行分析整理,绘制变形趋势图,供施工和ABAQUS有限元分析软件对基坑支护结构的变形进行模拟分析及预测使用。

2 地质条件场地地下水有3种埋藏形式:①上层滞水,赋存于杂填土中,主要由大气降水及生活用水补给,水位埋深1•0~5•4m;②承压水,赋存于含卵、砾、粗砂层中,水位埋深5•0~8•0m;③基岩裂隙水,赋存于基岩风化裂隙中。

3 基坑位移及险情从2005-12-26~2006-03-07各监测点累计水平位移如表2所示,其报警值为基坑开挖深度的0•5%(46mm),或者连续3天每天发生的位移≥5mm;基坑长边HI中部的3、5、6号监测点累计水平位移超过报警值,4号监测点累计水平位移已接近报警值。为控制水平位移,在HI段3~6号监测点冠梁下7•2m处,增加了1排长12m,锚固段进入粉质粘土的预应力锚杆,并于2006-04-01在该部位基坑坡脚堆放高约1m砂包反压,但监测表明,此后12d水平位移累计达22mm,平均变形速率约2mm/d,水平位移没有得到有效控制,同时支护结构已经出现险情.现场观察HI段3~6号监测点部位支护桩和冠梁已明显向基坑内侧位移,冠梁与临时围墙连接处出现裂缝,桩间土出现崩塌现象。基坑外4~15m的银行院内空地对应5、6号监测点部位,堆满高约2m的建筑垃圾,其北面有一被堵塞的排水沟,大量雨水、废水从沟内溢出,3~6号监测点部位基坑坡面排水管有水流出,院内相应4~6号监测点部位地面已出现宽约3cm、长约35m左右的圆弧状裂缝,基坑壁出现滑坡趋势。

4 基坑位移预测及加固措施为预测基坑水平位移并制定相应加固措施,采用有限元软件ABAQUS对该基坑支护结构变形进行模拟分析和预测。模拟计算中,土体的本构关系采用弹塑性D-P模型,土体单元及人工挖孔桩采用三维八节点实体减缩积分单元(C3D8R),冠梁采用三维梁单元,锚杆采用三维杆单元。基坑和支护结构附近取网格尺寸为0•5m,离桩体越远网格越稀疏,最远处网格与最近处网格的最大尺寸相差10倍。取基坑HI段为模拟对象,重点是水平位移超过报警值的5、6号监测点部位第1个分析步按设计时的初始条件模拟。即5、6号监测点部位仅考虑地面15•0kPa的初始荷载,冠梁下方1•1m处设置长12m、120mm锚杆。结果表明(见图3):支护桩顶部位移仅为9mm,模拟位移远小于实测位移,而其他监测点部位模拟位移与实测位移基本相符。说明ABAQUS有限元建模、网格和单元的划分合理,在其他监测点部位给定材料性质、边界条件、初始条件和荷载情况等基本正确。因没考虑5、6号监测点部位条件的改变:冠梁下方7•2m处增加的1排预应力锚杆、 2)第2个分析步按改变后基坑的实际边界条件和荷载情况模拟。考虑衡阳已进入雨季,雨水和废水引起水压力,5、6号支护桩部位地面建筑垃圾荷载、冠梁下方1•1m全长粘结锚杆锚固段在填土中因地表开裂而失效、7•2m处锚杆施加100kN预应力、基坑坡脚堆放的约1m高反压砂包5、6号支护桩顶部位移为55mm和50mm等,进行计算模拟。模拟结果与实测(2005-12-25开始监测)结果基本相符。

预测随降雨继续,水压力将增加,在以后一段时间5、6号监测点位置处基坑的水平位移会继续增大,两监测点位处模拟位移曲线将变陡,变形速率有增大趋势,基坑可能失稳。为增大锚固力将冠梁下方1•1m处锚杆加长穿过填土中滑裂面,但4m远处即为银行地下室。若加长冠梁下方7•2m处锚杆长度来增大锚固力,经ABAQUS有限元模拟,两者均将不会对抑制基坑变形产生较大作用。故进行下一步模拟分析。3)第3个分析步维持上述条件,保持冠梁下方7•2m处锚杆长度及预应力不变,加高堆土至3m以增大被动土压力,经ABAQUS有限元模拟,预测采用堆土反压后基坑5、6号监测点位置支护结构变形逐渐趋于稳定。实际措施:沿基坑坡脚、地下室基础外沿宽约3m左右,建1个沿3~7号观测点长约30m,厚500mm、高3m的砖墙,在砖墙与基坑侧壁间堆满填土进行反压,为保持砖墙稳定,设置构造柱和压顶梁等,同时,加快基础与地下室施工进度。将模拟结果与实测(2005-12-25开始监测)结果进行对比,表明模拟结果与实测结果基本相符。

5 结论
1)通过ABAQUS有限元分析软件,分3个分析步对该基坑支护结构变形进行模拟,并将模拟结果与实测结果进行对比。结果表明,采取ABAQUS有限元分析软件对基坑支护结构变形进行预测是可行的,预测结果可以用于指导基坑工程施工。
2)对于基坑支护结构变形预测,应注意基坑工程条件是动态变化的,模拟条件应随现场条件的变化及时修正,以利于正确预测基坑变形和制订相应的加固处理


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