“拱效应”影响下圆形基坑支护结构变形规律研究.pdf
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1、第 23 卷 第 4 期 中 国 水 运 Vol.23 No.4 2023 年 4 月 China Water Transport April 2023 收稿日期:2022-10-26 作者简介:周 萌,国网江苏省电力有限公司南京供电分公司。“拱效应”影响下圆形基坑支护结构变形规律研究 周 萌1,高 飞1,何 刚2,潘 荣2,徐爱华2,陈铭韬2(1.国网江苏省电力有限公司 南京供电分公司,江苏 南京 210019;2.南京苏逸实业有限公司,江苏 南京 210005)摘 要:文中基于南京某圆形接收井基坑开挖全过程的监测数据,对基坑开挖过程中的周围土体深层水平位移等变形做了详细的分析,并将实测结果
2、与理正软件对原支护方案的验算结果进行对比,得到“拱效应”对该圆形基坑的支护结构变形影响规律。结果表明,圆形基坑冠梁的“拱效应”会限制桩顶位移,使土体深层水平位移曲线呈现为下面小、中间大,上面收敛的“山丘”抛物线形式,且开挖深度的增加会导致“拱效应”的增强。“拱效应”对圆形支护结构的受力与变形有较大的影响,且对表面水平位移影响较大,存在“拱效应”的实测表面水平位移结果与不考虑“拱效应”的理正验算表面水平位移结果差距达 60.84%。不考虑圆形基坑的“拱效应”会导致基坑支护方案存在较大的安全富余量。关键词:圆形基坑;支护结构变形;现场监测;拱效应 中图分类号:TU472 文献标识码:A 文章编号:
3、1006-7973(2023)04-0122-03 圆形支护结构作为基坑工程中广泛应用的支护方式,具有较为显著的空间作用,也就是“拱效应”,支护结构在这种作用的影响下可以将其所受土压力转化为环向应力,使得基坑整体具有刚度大,变形小,渗透性弱,经济性强,空间大等特点,在一些小直径圆形基坑中,不需要设置内支撑。国内外已有不少学者根据不同的方法对圆形基坑的“拱效应”1-8。但是,通过详细的圆形基坑开挖全过程的监测数据,支护结构的变形与“拱效应”的研究较少。所以,文中依托实际工程对考虑“拱效应”的圆形结构基坑变形规律进行研究,希望研究成果能为后续圆形基坑的建设提供指导。一、工程概况 相关工程位于南京市
4、江宁区绕越高速与将军大道交叉位置,为钢筋混凝土结构的圆形基坑,采用逆作法施工,其外径 9.0m,内径 7.0m,基坑深 10m,壁厚 0.5m,底板厚0.6 m。基坑采用高压旋喷桩作为止水帷幕,采用钻孔灌注桩为主要支护结构,开挖深度为 11.1m。表 1 土层参数表 层号 土类名称 层厚 重度 浮重度 粘聚力 内摩擦角()1 素填土 2.70 18.5-18.00 16.00 2 粉质黏土 5.70 19.0 9.0 33.00 18.90 3 粉质黏土 4.10 19.4 9.4 53.00 20.80 4 粉质黏土 1.70 18.6 8.6 37.00 16.70 5 强风化岩 3.80
5、 22.0 12.0 40.00 30.00 1工程地质 本项目基坑范围以内主要有 5 个土层,从上到下依次为1 填土、2 粉质黏土、3 粉质黏土、4 粉质黏土和 5 强风化泥质粉砂岩。表 1 显示了各土层的基本物理力学参数指标。2支护结构设计方案 图 1 为该基坑工程支护结构的平面图。基坑外侧为止水帷幕,采用高压旋喷桩施工,外径 600mm,平间距 400mm,桩体搭接 200mm。中间为主要支护结构,采用钻孔灌注桩,桩径 800mm,水平间距 1,000mm,桩长 16.0m,混凝土强度等级 C30。基坑支护结构整体外径 9m,内径 7m,桩顶冠梁部分采用 C30 钢筋混凝土,冠梁高、宽均
6、为 1m。基坑内部不设置内支撑,采用 C30 钢筋混凝土做侧墙。图 1 接收井基坑支护平面图(单位:mm)二、现场实测结果与受力变形分析 土体深层水平位移监测共布置四个测点,分别为CX-1CX-4,在基坑四周对称布置,埋深 16m,如图 23所示。根据现场情况结合相关规范,基坑顶部水平位移监测与基坑周围地表沉降监测共用测点,标号 CJ-1CJ-4。施工方于 2019 年 9 月 10 日,进行基坑开挖,2019 年9 月 16 日,开挖深度达 2.1m,2019 年 9 月 27 日,开挖深度达 5.1m,2019 年 10 月 14 日,开挖深度达 8.1m,2019 年 11 月 5 日开
7、挖至设计标高 11.1m。现将施工项目根据开挖深度的不同分为以下几种工况,并只考虑不同工况对基坑受力变形的影响。第 4 期 周 萌等:“拱效应”影响下圆形基坑支护结构变形规律研究 123 图 2 基坑施工监测平面图 图 3 基坑施工监测剖面图 1深层水平位移监测数据 对基坑四周土体深层水平位移测点 CX-1CX-4 监测所得数据进行分析,获得灌注桩在不同工况下的深层水平位移变形曲线,如图 47 所示。灌注桩的变形性状与诸多因素有关,由于只布置有冠梁而没有设置内支撑,所以变形曲线从下到上变形先增大后减小,呈现出向坑内的“山丘”形式,主要特征为下侧变形小、中间变形大,顶部收敛。基坑刚刚开挖时,由于
8、开挖深度不大,灌注桩的顶部位移不大,桩的底部几乎不产生位移。随着施工的不断开展,基坑开挖深度不断增加,灌注桩的最大深层水平位移不断增加,发生的位置不断下降,处在开挖面与桩顶中间。当开挖面处的土体较为松软时,围护结构的最大深层水平位移由于其较弱的约束力会存在一定的下移,同时位移的发生点也会处在开挖面以下;当开挖面处的土体力学性能比较好时,围护结构的位移在开挖面处会受到土体的约束作用,位移发生点就会发生在开挖面以上。本工程开挖面处均为粘性土,其力学性质相对较差,所以位移发生点均处于开挖面以下 1m 范围内。冠梁的对变形起到一定的约束作用,可以明显看出,灌注桩的顶部位移均产生一定的收敛,其变形受到限
9、制。这是由于灌注桩顶部的冠梁将支护结构有效地连接成一个整体,产生一定的空间约束能力,也就是圆形基坑的“拱效应”,这有效地限制了灌注桩向坑内产生变形。CX-1、CX-2、CX-3、CX-4 的顶部位移依次分别为 7.2、7.1、8.1、7.5mm;各顶部位移量相较相应的土体最大水平位移分别减少了37.4%、34.9%、35.7%、37.0%,说明“拱效应”可以显著减少基坑围护结构的变形。图 4 测斜孔 CX-1 位移随 图 5 测斜孔 CX-2 位移随 深度变化曲线 深度变化曲线 图 6 测斜孔 CX-3 位移随 图 7 测斜孔 CX-4 位移随 深度变化曲线 深度变化曲线 2表面水平位移监测数
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