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1、刘国彬 2001年9月15日时空效应的原理和施工方法2021/7/15刘国彬 2001年9月15日第一部分 概 述2021/7/16刘国彬 2001年9月15日日本某基坑工程日本某基坑工程（采用大面积注浆加固，图中为注浆设备）（采用大面积注浆加固，图中为注浆设备） 新加坡某基坑工程新加坡某基坑工程（为为保保护护距距基基坑坑22m的的地地铁铁隧隧道道，采采用用2层层2.5m厚的旋喷注浆满膛加固坑内土体）厚的旋喷注浆满膛加固坑内土体）Boston某基坑工程某基坑工程（为保护周围环境采用密集支撑）（为保护周围环境采用密集支撑） 国外为解决软土基坑周围的国外为解决软土基坑周围的环境保护问题，常采用坑内
2、满膛环境保护问题，常采用坑内满膛加固、设置密集支撑等方法，工加固、设置密集支撑等方法，工期长，代价大。期长，代价大。2021/7/17刘国彬 2001年9月15日 在上海软土地区，若在基坑变形预测中不考虑软土流变特征，并在施工中缺乏及时有效的监控手段，基坑变形预测值和实测值会存在较大差异，给基坑周围环境保护带来很大的困难。2021/7/18刘国彬 2001年9月15日时空效应理论和方法的特征时空效应理论和方法的最重要特征在于： 在软土基坑变形的预测和监控中，定量地考虑施工因素的影响。2021/7/19刘国彬 2001年9月15日第二部分第二部分 时空效应的基本原理时空效应的基本原理2021/7
3、/110刘国彬 2001年9月15日 上海软土流变试验曲线上海软土流变试验曲线1、应力水平越低、蠕变时间越短，流变位移越小；2、土体在排水固结条件下要比不排水条件下稳定。2021/7/111刘国彬 2001年9月15日2021/7/112刘国彬 2001年9月15日 通过对流变试验和大量相关研究，可以取得有关控制软土深基坑变形的几点重要启示： 一、分层分块开挖能够有效地调动地层的空间效应，以降低应力水平、控制流变位移。 二、减少每步开挖到支撑完毕的时间，即无支撑暴露时间，可明显控制挡墙的流变位移，这在无支撑暴露时间小于24小时效果尤其明显。 三、解决软土深基坑变形控制问题的出路在于规范施工步序
4、和参数，并将其作为实现设计要求的保证。时空效应规律2021/7/113刘国彬 2001年9月15日 当施工参数和地基土参数、支护结构参数一起被作为基坑变形预测的计算参数，就能合理准确地预测软土基坑周围地层位移。2021/7/114刘国彬 2001年9月15日长条形基坑施工工序和参数2021/7/115刘国彬 2001年9月15日2021/7/116刘国彬 2001年9月15日每步开挖宽度每步开挖宽度B无支撑暴露时间无支撑暴露时间Tr基坑角部的斜支撑部分基坑角部的斜支撑部分每层施工工序和参数每层施工工序和参数车站端头井施工步序和参数车站端头井施工步序和参数2021/7/117刘国彬 2001年9
5、月15日大宽度、不规则基坑施工工序和参数2021/7/118刘国彬 2001年9月15日主要施工参数主要施工参数1、开挖深度、开挖深度Hj2、开挖层数、开挖层数3、每层开挖厚度、每层开挖厚度4、每步开挖尺寸、每步开挖尺寸5、每步开挖无支撑暴露时间、每步开挖无支撑暴露时间天然地基土参数：天然地基土参数：Cu，Ps加固体参数加固体参数 ： Cu，Ps被被动动区区加加固固预留土堤预留土堤土堤土堤基坑挡墙基坑挡墙大宽度不规则基坑施工步序和参数大宽度不规则基坑施工步序和参数2021/7/119刘国彬 2001年9月15日第三部分 工程应用2021/7/120刘国彬 2001年9月15日一、长条形基坑工程
6、实例2021/7/121刘国彬 2001年9月15日地铁一号线徐家汇车站2021/7/122刘国彬 2001年9月15日(a)原原设设计计开开挖挖支撑方案支撑方案(b)优化后的开挖优化后的开挖支撑方案支撑方案地铁二号线东方路车站(通过调整开挖空间和时限来减少变形)2021/7/123刘国彬 2001年9月15日二、地铁车站端头井工程实例2021/7/124刘国彬 2001年9月15日第三层土方开挖中的变形增量减至第三层土方开挖中的变形增量减至3mm 开挖第二层土时东端墙最大水平开挖第二层土时东端墙最大水平位移增大至位移增大至6mm超过了警戒值超过了警戒值 调整施工参数控制地墙位移调整施工参数控
7、制地墙位移地铁二号线人民公园车站2021/7/125刘国彬 2001年9月15日2021/7/126刘国彬 2001年9月15日三、不规则基坑工程实例2021/7/127刘国彬 2001年9月15日2021/7/128刘国彬 2001年9月15日新世界商厦剖面图2021/7/129刘国彬 2001年9月15日新世界商厦支撑平面图2021/7/130刘国彬 2001年9月15日新世界平面图2021/7/131刘国彬 2001年9月15日2021/7/132刘国彬 2001年9月15日2021/7/133刘国彬 2001年9月15日2021/7/134刘国彬 2001年9月15日2021/7/13
8、5刘国彬 2001年9月15日香港广场2021/7/136刘国彬 2001年9月15日2021/7/137车站及其周围环境示意图二车站及其周围环境示意图二2021/7/138车站及其周围环境示意图一车站及其周围环境示意图一2021/7/139地下连续墙施工期间东海大楼沉降地下连续墙施工期间东海大楼沉降西西东2021/7/140实施变形控制措施前的工况实施变形控制措施前的工况该工况下东海大楼东西向沉降该工况下东海大楼东西向沉降2021/7/141变形控制措施之一优化开优化开挖步序挖步序和开挖和开挖参数参数原开挖步序和参数原开挖步序和参数2021/7/142调整后的西标段施工步序和参数调整后的西标
9、段施工步序和参数挖土参数作以下调整：1、将运土通道移至超载较小的北面2、将西标准段的每小段开挖宽度由6m减少至3m，无支撑暴露时间减为16hrs，而东标准段因位移较小，仍维持原施工参数。变形控制措施之一优化开优化开挖步序挖步序和开挖和开挖参数参数2021/7/143调整开挖参数前后的基坑挡墙变形计算值对比调整开挖参数前后的基坑挡墙变形计算值对比2021/7/144刘国彬 2001年9月15日157#地块基坑周围环境示意图地块基坑周围环境示意图2021/7/145刘国彬 2001年9月15日157#地块基坑周围环境示意图2021/7/146刘国彬 2001年9月15日基坑开挖参数示意图基坑开挖参
10、数示意图预留土堤宽预留土堤宽度度10m每小段开挖每小段开挖宽度宽度68m每小段在每小段在18小时之内开小时之内开挖并支撑挖并支撑2021/7/147刘国彬 2001年9月15日研究生课程基坑工程总论 深基坑工程2001年12月18日第十课2021/7/148刘国彬 2001年9月15日时空效应方法的设计与计算计算方法(经验公式、半理论半经验解析法、杆系有限元法、平面有限元法、三维有限元法)主要计算参数的取值(以土压力、被动抗力系数的取值为例)时空效应法的计算就是定量地考虑施工因素的影响的方法2021/7/153刘国彬 2001年9月15日基坑挡墙位移内力二维计算模型基坑挡墙位移内力二维计算模型
11、PaRankine主动土压力主动土压力Kh弹性计算条件下的被弹性计算条件下的被动抗力系数动抗力系数FPa实测土压力实测土压力bKh等效水平基床系数等效水平基床系数q地面超载地面超载K水平土压力系数水平土压力系数2021/7/154刘国彬 2001年9月15日2021/7/155刘国彬 2001年9月15日基坑挡墙计算模型基坑挡墙计算模型支撑系统的计算模型支撑系统的计算模型挡墙位移内力的三维计算模型1、采用子结构方法和增量法，并考虑基坑挡墙和支撑系统的位移协调；2、为考虑时空效应规律，被动区抗力系数取值为abKabKh h ，其中bKbKh h为二维计算中的等效水平基床系数，a a则根据预留土堤
12、宽度B B确定。2021/7/156刘国彬 2001年9月15日基坑周围地层位移计算2021/7/157刘国彬 2001年9月15日2021/7/158刘国彬 2001年9月15日2021/7/159刘国彬 2001年9月15日2021/7/160刘国彬 2001年9月15日 运用上海经验公式，根据计算的基坑挡墙位移，可以预测墙后的纵向和横向地表沉降。2021/7/161刘国彬 2001年9月15日 采用弹性平面有限元方法，并以计算的基坑挡墙位移为边界条件，可以预测墙后的地层位移场。2021/7/162刘国彬 2001年9月15日 纵向沉降数值分析纵向沉降数值分析2021/7/163刘国彬 2
13、001年9月15日2021/7/164刘国彬 2001年9月15日2021/7/165刘国彬 2001年9月15日 弹性三维有限元方法可定性地预测大型基坑在不同开挖步序条件下的地层位移分布特征，其计算结果可作为确定合理的开步序的依据，以避免邻近保护对象在开挖过程中出现过大的差异沉降。 2021/7/166刘国彬 2001年9月15日2021/7/167刘国彬 2001年9月15日2021/7/168刘国彬 2001年9月15日2021/7/169刘国彬 2001年9月15日计算参数的取值2021/7/172刘国彬 2001年9月15日土压力的取值2021/7/173刘国彬 2001年9月15日
14、现场实测土压力地铁地铁2 2号线陆家嘴车站某断面实测土压力随工况变化图号线陆家嘴车站某断面实测土压力随工况变化图2021/7/174刘国彬 2001年9月15日n侧压力系数随开挖深度的变化2021/7/175刘国彬 2001年9月15日n水平侧压力系数K随开挖深度的变化图2021/7/176刘国彬 2001年9月15日侧压力系数随时间的变化2021/7/177刘国彬 2001年9月15日地铁地铁1 1号线所得到的土压力与时间的关系图号线所得到的土压力与时间的关系图2021/7/178刘国彬 2001年9月15日2021/7/179刘国彬 2001年9月15日2021/7/180刘国彬 2001
15、年9月15日2021/7/181刘国彬 2001年9月15日2021/7/182刘国彬 2001年9月15日DW4-51DW4-51断面处各深度（断面处各深度（h=4h=4、6 6、8 8、1010、1212、14m)14m)的的土压力与位移的变化图土压力与位移的变化图2021/7/183刘国彬 2001年9月15日期货大厦测试断面的各深度（期货大厦测试断面的各深度（h=12h=12、1616、20m)20m)土压力随土压力随位移的变化图位移的变化图2021/7/184刘国彬 2001年9月15日n土压力实用取值方法 基坑保基坑保 土性土性 侧压力系数侧压力系数K K 护等级护等级 一级一级
16、软粘土软粘土 0.75 0.750.550.55 二级二级 软粘土软粘土 0.70 0.700.500.50 三级三级 软粘土软粘土 0.625 0.6250.450.452021/7/185刘国彬 2001年9月15日n由支撑轴力来估算主动土压力系数公式2021/7/186刘国彬 2001年9月15日Calculation formula of active earth pressure2021/7/187刘国彬 2001年9月15日2021/7/188刘国彬 2001年9月15日2021/7/189刘国彬 2001年9月15日n 5m 15mn 计算 实测 比值 计算 实测 比值n (Mp
17、a) (Mpa) (Mpa) (Mpa) n挖土至3m 0.0357 0.0347 0.97 0.136 0.131 0.96n挖土至5m 0.056 0.0336 0.94 0.135 0.115 0.85n挖至6.5m 0.0346 0.0321 0.92 0.135 0.108 0.80 放坡阶段 0.0347 0.0327 0.94 0.135 0.113 0.83土压力计算值与实测值比较2021/7/190刘国彬 2001年9月15日n孔隙水压力测值与由水位值计算出的静止水压力孔隙水压力测值与由水位值计算出的静止水压力的平均值随工况变化的比较表的平均值随工况变化的比较表n n 5m
18、15mn 静水压值 孔压力值 比值 静水压值 孔压力值 比值n (Mpa） (Mpa) (Mpa) (Mpa) n挖土至4m0.03050.01650.470.1350.09690.71n挖土至10m0.03390.01800.530.1340.09420.70n挖土至14m0.03360.01750.520.1340.09190.68n端头井浇底板0.03230.01770.540.1320.09290.70n端头井浇中板0.03240.01820.520.1320.09410.71n端头井浇顶板0.03300.01810.540.1330.09910.74n标一段浇中板0.03420.01
19、890.550.1340.1030.77n标一段浇顶板0.03440.01940.560.1340.09830.73n结构封顶后0.03760.02110.560.1380.1060.762021/7/191刘国彬 2001年9月15日n反算出的土压力项的侧压力系数反算出的土压力项的侧压力系数 n n工况号 实测孔隙水压力 对应的实测土压力 反算出的Ksn 5m深15m深5m深15m深 5m深15m深n工况1（挖土深3m）0.03470.1360.06348 0.23517 0.580.69n工况2（挖土深5m）0.03360.1150.056850.201750.470.61n工况3（挖土深
20、6.5m）0.03210.1080.052150.17950.400.50n护坡阶段0.032170.1130.060070.18760.560.522021/7/192刘国彬 2001年9月15日被动抗力系数的取值2021/7/193刘国彬 2001年9月15日实测被动区土压力2021/7/194刘国彬 2001年9月15日现场实测的被动土压力现场实测的被动土压力2021/7/195刘国彬 2001年9月15日现场实测的被动土压力现场实测的被动土压力2021/7/196刘国彬 2001年9月15日2021/7/197刘国彬 2001年9月15日2021/7/198刘国彬 2001年9月15日
21、Kh值与时间的关系值与时间的关系2021/7/199刘国彬 2001年9月15日Kh值与土性的关系值与土性的关系2021/7/1100刘国彬 2001年9月15日Kh值与开挖空间的关系值与开挖空间的关系2021/7/1101刘国彬 2001年9月15日Kh值与地基加固的关系值与地基加固的关系2021/7/1102刘国彬 2001年9月15日天然土层的Kh 计算公式2021/7/1103刘国彬 2001年9月15日加固土层的Kh 计算公式2021/7/1104刘国彬 2001年9月15日设计与变形预测n基坑工程支护结构特性参数、地质特性基坑工程支护结构特性参数、地质特性参数（包括地基加固）以及施工参数的参数（包括地基加固）以及施工参数的计算方法计算方法n根据施工步序和施工参数，预测施工中根据施工步序和施工参数，预测施工中可能出现停顿、超挖以及开挖宽度过大可能出现停顿、超挖以及开挖宽度过大等等因素所引起的支护结构和地层位移等等因素所引起的支护结构和地层位移的动态设计计算模型的动态设计计算模型2021/7/1105刘国彬 2001年9月15日 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
