软土基坑工程对周围环境影响的分析方法和控制标准

地基基础年会论文。同济大学黄茂松教授研究成果。

软土基坑工程对周围环境影响的分析方法和控制标准黄茂松同济大学地下建筑与工程系

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报告内容研究目的与研究思路自由场土体位移结构物的自身承受能力位移控制分析方法控制标准

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研究目的基坑开挖自由土层位移场周边结构物的响应

基坑工程对周边现有建筑物、构筑物的保护设计和施工从稳定控制向变形控制的根本转变

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基坑开挖引起的自由土体位移场因土层条件、围护结构形式、施工过程等而各有差异建(构)筑物自身抵抗变形的能力有所差异处于自由土体位移场的建(构)筑物的附加变形研究涉及复杂的结构物与土体的相互作用

要得到一个统一的控制标准非常困难

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上海市基坑工程技术规范基坑变形设计控制指标基坑环境保护等级围护结构最大侧移一级二级三级 0.18%H 0.3%H 0.7%H坑外地表最大沉降 0.15%H 0.25%H 0.55%HH为基坑开挖深度

问题：1基坑变形控制标准粗略 2没有考虑基坑周边环境本身抵抗附加变形的能力 3环境保护等级定义标准模糊，与建筑物的类型，基坑开挖距离等都有关。

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研究思路基坑开挖自由土体位移场周边结构物的响应

开挖深度

围护结构的最大侧向变形

结构物抵抗附加变形的能力

(控制标准：最终结果)

(控制点：判别依据)

关键点： (1)建立自由土体位移场的经验预测曲线 (2)位移控制的分析方法

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优点规避了复杂的基坑开挖过程模拟，直接从变形控制标准的角度，对环境结构物的保护转变为对基坑围护结构的变形控制，将基坑开挖深度与围护墙的变形建立联系，建立了一个基坑环境保护的临界面，概念清晰明了，操作简单易行，适合于规范的推广。

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基坑周围自由土体位移场的性状

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地表

y x z

围护墙

自由土体位移场δ v,maxδ h, m axH

L

坑底

基坑自身的变形性状 围护墙的侧向变形 地表横向、纵向沉降曲线横向：x轴方向纵向：y轴方向

土体沉降沿深度的变化规律土体侧向变形沿水平方向的变化规律

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板式支护基坑围护墙水平变形曲线由上海一系列典型基坑工程实测数据，总结出基坑对称面上围护墙的侧向变形曲线公式：δh/δmax 0.4 0.6

0.0

0.2

0.8

1.0

δ h (0, 0, z )=δ h,max e

z H 2 ) 1.5( H

0 0.5 1 Z/H 1.5 2 2.5

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板式支护基坑围护墙侧向变形曲线围护墙变形沿纵向分布曲线 (唐孟雄):

δ(0, y, z)δ(0,0,z)= h ie h

y π A

2

围护墙的三维侧向变形曲线：z H 2 y ) π ( )2 H A

δh (0, y, z)=δh,max e

1.5(

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地表横向沉降曲线0.0 0.0 0.5 1.0 d/H 2.0 3.0 4.0

δv/δvmax

Hsieh和Ou基于现场实测得到的地表沉降横向预测曲线

0.1 0.2 0.3 0.4 0

.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

δ v,max ( x H+ 0.5) (0≤ x≤ 0.5 H ) δ v ( x, 0, 0)= δ v,max ( 0.6 x H+ 1.3) (0.5 H≤ x≤ 2 H ) δ v,max ( 0.05 x H+ 0.2) (2 H≤ x≤ 4 H )

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地表沉降曲线地表沉降沿纵向分布曲线 (唐孟雄):

δ(x, y, 0)δ(x, 0, 0)e= v i v

y π A

2

地表沉降的三维曲线：y π ( )2 A (0≤ x≤ 0.5 H ) δ v,max ( x H+ 0.5) e y π ( )2 Aδ v ( x, y, 0)= δ v,max ( 0.6 x H+ 1.3) e (0.5 H≤ x≤ 2 H ) y π ( )2 δ A ( 0.05 x H+ 0.2) e (2 H≤ x≤ 4 H ) v,max

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土体沉降沿深度的变化规律基于位移控制有限元方法(后面介绍),对地表以下0~6m深度范围和坑外0~45m横向范围内的72条土体沉降变形曲线分别进行了归一化分析，得到上海软粘土地区板式围护基坑体系坑外土体沉降沿深度的衰减变化规律。

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当某点至基坑开当某点至基坑开挖面距离一定时，则可以根据该点的地表沉降量和以上递减公式计算地表以下0~6m范围内任意点的土体沉降量，公式表达如下: δv ( x, y, 0 )(1.54e- z/ 3x 0.54 ) δv ( x, y, z )= δv ( x, y, 0 )( 0.6 z+ 1) x δv ( x, y, 0 )( 1.5 z x+ 1) (0≤ z≤ 6, 0< x≤ H ) 2 (0≤ z≤ 6, H< x≤ 1.5H ) 2 (0≤ z≤ 6, x> 1.5H )

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土体侧向变形沿水平方向的变化规律基于位移控制有限元方法(后面介绍),对地表以下0~6m深度范围和坑外0~45m横向范围内的290条土体侧向变形曲线分别进行了归一化分析，得到上海软粘土地区板式围护基坑体系坑外土体侧向变形沿水平向的衰减变化规律。地表间距 y

x

yH

围护墙

δ h ( x,0, z )=δ h (0,0, z )

x a e z

递减到基坑距离 x

z深度 z

坑底

围护墙变形到基坑边缘 x距离处侧向变形量

δ h (0, y, z )

δ h ( x, y, z )

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对于同一深度z,土体侧向变形沿水平方向近似指数衰减。

δ h ( x, 0, z )=δ h (0, 0, z ) e

(0.076+ 0.096

z x ) H z

(0< z≤ H, 0≤ x≤ 3.5H )

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基坑周边现有结构物的附加变形承载能力

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建筑物 砌体承重结构变形承受能力 框架结构独立基础变形承受能力 框架结构桩筏基础变形承受能力

市政管线