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岩土研究院

围护墙最大水平位移分析

335 2021-04-25 14:24:20

围护墙水平位移的大小直接关系到坑外土体位移的大小,也间接地影响坑外建(构)筑物及管线、设施等的安全,因此,围护墙的水平位移始终是基坑施工过程中的监测重点,更是诸多学者研究的热点。

在基坑开挖的初始阶段,围护墙的水平位移常常表现为悬臂梁式的变形,最大的水平位移发生在墙顶,随着开挖深度的增大及支撑的架设,墙顶位移不会再明显增加,墙身中部向坑内凸出,最大水平位移发生在基坑开挖面附近,且随着开挖深度增大而逐渐下移。

墙体水平位移的影响因素很多,如土质条件,支护结构刚度、施工工艺等均对围护墙的水平位移有重要影响。Goldberg et al(1976)根据 63个基坑工程的实测资料,分析证明了围护结构的最大变形与土层条件及支护方式的关系。Mana & Clough(1981)通过对 11 个黏性土的基坑工程实测数据的分析,得出在普通的施工条件下,墙体最大水平位移与基坑抗隆起安全系数之间的关系,如图 3-7(a)所示,由图可知,归一化的墙体最大水平位移几乎都落在图中的界限曲线的范围内,同时为了继续论证这一结果,Mana

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& Clough 结合有限元计算,分析了围护结构刚度、支撑刚度、间距、开挖面与下覆坚硬土层的距离、开挖宽度、预应力和土体弹性模量系数对墙体最大水平位移的影响,如图 3-7 (h)所示。得出了与变测统果相l同的结论,并日 当基坑抗降起安全系数征低干1.5 时,墙体最大水平位移增长很快。此外 Mana & Clough 提出了稳定安全系数法,即通过基坑抗隆起安全系数估算围护墙的最大水平位移,从而进一步预测基坑的变形。

Clough &. O'Rourke (1990)总结了软黏土至中等硬度黏土地区的基坑工程实例,也认为围护墙的最大水平位移与坑底抗隆起稳定安全系数相关,且当坑底抗隆起稳定系数小于1.4左右时,围护结构的侧移将迅速增加,这与 Mana & Clough (1981)的结论相一致。同时,围护墙的最大水平位移随着支护系统刚度的增大而逐渐降低,由图 3-8 可知,钢板桩的侧移较连续墙的侧移大得多,且在不同的坑底抗隆起安全系数水平下,归一化墙体最大水平位移的下降幅度不同。

O'Rourke (1981)通过砂土及黏土地区的基坑工程的实测数据分析,认为基坑施工过程对围护结构位移的影响不仅包含施工过程中的影响,如一次开挖的深度、支撑架设的及时性、支撑的刚度、预留土的多少等,而且还包含施工前的影响,如降水、围护结构(地连墙、灌注桩等)的施工等。此外,O'Rourke 认为预应力的施加、及时加撑、控制支撑下开挖深度和合理的利用留土对控制墙体位移很重要。

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除了对墙体变形影响因素的研究,诸多学者通过工程实测数据的总结及有限元分析计算,证明了围护墙最大水平位移同基坑的开挖深度有着一定的比例关系,具体如表 3-1 所示。

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从以上的有关研究来看,支护结构的最大侧移与土层条件、围护结构种类、支撑形式等密切相关,不同地区的有关统计结果差别较大。尽管如此,针对具体某个地区的基坑工程,其支护结构的最大侧移的预测仍可参考上述总结的工程经验,对基坑的变形进行初步的预测。