非对称荷载下长江漫滩明挖隧道基坑变形特性研究

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在基坑工程实践中,由于土层性质的复杂性和不均匀性,基坑周边建筑物、道路、车辆荷载等的不对称性,导致许多基坑经常承受非对称荷载。但目前实践中对基坑荷载不对称性问题考虑不够充分,容易造成浪费或安全隐患。本文以南京长江漫滩软土地层下某明挖隧道基坑为依托,针对其一侧为公路、一侧为河流的非对称受荷特征,通过室内试验、现场测试和数值模拟相结合的方法,探讨了长江漫滩地层下非对称荷载中明挖隧道基坑的变形特性,并分析了荷载不对称程度对基坑变形的影响。另外,本文还针对该工程施工中遇到的拆撑问题,提出了换撑优化方案,并通过现场试验段的实测结果验证了方案的可行性,最后利用该优化措施有效地指导了全线基坑的拆撑施工。本文主要研究内容和成果如下:(1)通过现场取原状土样,开展了基本土性试验及一维固结试验,分析了现场土体的基本物理特性和压缩性状;同时进行了GDS三轴固结不排水剪切试验,研究了土体的应力-应变关系。根据一维固结试验和三轴剪切试验结果得出原状土体的参考切线模量Eoedref和参考割线模量E50ref等,为后续数值模拟提供计算参数。(2)以南京某明挖隧道基坑为背景,开展了长江漫滩土层条件下不对称线形基坑受力变形特性的现场测试研究。通过现场埋设大量监测仪器,结合实测数据,对基坑开挖过程中周边地表沉降、圈梁与立柱沉降、围护结构深层水平位移、支撑轴力等的变化规律进行了分析,重点探讨了不对称荷载作用下基坑两侧围护结构侧移及地表沉降的差异,结果表明荷载较大一侧变形更大,且随着开挖深度的增加,不对称荷载的影响越来越明显。(3)建立了PLAXIS 3D数值模型,模拟基坑开挖过程,通过与现场实测结果的对比,验证了模型的合理性,明确了不对称荷载对基坑两侧变形的不同影响。利用该模型,通过改变基坑一侧荷载的大小与坑边距,对比不同不对称程度下的基坑变形,结果表明:随着不对称程度的增加,不仅导致围护结构产生远离荷载一侧的整体位移,还加剧了该侧地表沉降且延缓另一侧的沉降。(4)通过模拟基坑拆撑过程,分析拆撑对基坑稳定性的影响,提出了坑底加固和增强围护结构两种限制基坑变形的优化方案,并通过数值模拟初步分析了优化方案的可行性。进而在现场选取了50米长的试验段,基于上述优化方案,拆撑前向围护结构与侧墙之间的空隙内浇筑混凝土以增加围护结构的厚度,然后进行拆撑施工并监测拆撑过程中的基坑变形。结果表明,拆撑过程中围护结构侧移及桩顶水平位移较小,且侧墙最大裂缝宽度远小于容许裂缝宽度,基坑试验段安全稳定,进而利用此优化方案有效地指导了全线基坑的拆撑施工。
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