有限空间新建设施基坑开挖沉降特征及小变形控制.docx

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1、有限空间新建设施基坑开挖沉降特征及小变形控制仇安兵区北京科技大学基建管理处，北京100O83区1通信作者，E-mail:qiu-anbing摘要针对有限空间新建基坑变形控制难题，采用理论分析、数值推演和工程实践相结合的研究方法，建立了考虑应力释放的有限空间夹持力学模型，推导了夹持应力与地层损伤因子的函数关系，研究了应力释压孔对有限空间地层应力的影响特征，提出了变形支挡-应力阻隔一体结构控制方法，并通过北京科技大学工程实践基地（二期）验证该方法的有效性.结果表明，地层损伤因子与夹持应力呈线性负相关关系，随开挖深度逐渐增大，布设释压孔可有效降低有限空间夹持应力，释压孔有利于调整地层夹持应力和控制地

2、层变形，变形控制率为3348%5872%,且变形支挡-应力阻隔一体结构控制方法的水平变形控制率为2857%3791%,地层沉降变形控制率为36.86%5426%,与数值模型计算结果趋势相同，论证了理论分析和数值推演结果有效性，为有限空间基坑稳定性控制提供数据支撑.关键词有限空间；建筑基坑：释压孔；小变形控制；智能动态监测分类号TU473StudyonsettlementcharacteristicsandmicrodefbrmationcontroloffoundationpitexcavationinnewfacilitieswithlimitedspaceQIUAnhingInfrastr

3、uctureManagementOffice,UniversityofScienceandTechnologyBeijing.Beijing100083.China国Correspondingauthor.E-mail:qiu-anbingABSTRACTToaddresstheproblemofdeformationcontrolofanewfoundationpitinfinitespace,amechanicalmodelofstrongmutualclampinginfinitespaceconsideringstressreleaseisdevelopedbasedontheplan

4、estrainmethodofelasticmechanicsbycombiningtheoreticalanalysis,numericaldeduction,andengineeringpractice.Theformationdamagefactorisintroducedtodistinguishthestructuralfailurestateoftheformation,andthefunctionalrelationshipbetweentheclampingstressandtheformationdamagefactorisobtained.Anumericaldeducti

5、onmodelofthestressbarrierinfinitespaceisconstructed.Theinfluenceofstressreleaseholesonthestressstructureofnitespaceisexamined,andanintegratedstructuralcontrolmethodfordeformationsupportandstressbarrierisproposed.TheeAectivenessofthemethodwasvalidatedbytheengineeringpracticebaseprojectoftheUniversity

6、ofScienceandTechnologyBeijing.Thefindingsrevealthatunderthestrongmutualclampingeffectbetweenthelateralearthpressureoftheexistingbuildingandthesupportingreactionforceofthefoundationpit,theformationdamagefactorhasalinearnegativecorrelationwithclampingstress.Theverticalstressintheshallowpartofthemodelw

7、ithoutapressurereliefholeincreasesgraduallyandthendecreasesandsetsnear21.2-22.5kPa.Theverticalstresslevelofthemodelwithapressurereliefholeis40kPalowerthanthatofthemodelwithoutapressurereliefhole.Thehorizontalstressoftheshallowlayerwithoutthepressurereliefholefirstincreases,thendecreases,andgradually

8、increasestoamaximumvalueof94.72kPaintheearlystageoffoundationpitexcavation.Thepeakvalueofhorizontalstressisloweredby65.51%,andtheeflectivereleaseofformationstressis43.55%-65.51%.Thesettlementofthefoundationpitincreasesgraduallywithincreasingexcavationtime.Themaximumhorizontaldefbnationofthemodelwith

9、apressurereliefholeis15.86minlowerthanthatofthemodelwithoutapressurereliefhole,andtheverticaldeformationisreducedby39.53%.Theeffectivecontrolrateofformationdeformationis33.48%-58.72%,Thehorizontaldeformationcontrolrateofthedeformationsupport-stressbarrierintegratedstructuresupportmethodis28.57%-37.9

10、1%,andthegroundsettlementdeformationcontrolrateis36.86%-54.26%,whichconfirmstheeffectivenessofthemethod.Thisworkoffersdatasupportforthestabilitycontroloffoundationpitsinlimitedspace.KEYWORDSnarrowspace：buildingfoundationpit：pressurereliefhole：small-deformationcontrol：intelligentdynamicmonitoring我国城市

11、用地紧缺问题日益突出，有限空间建地层应力集聚并引发地层隆起问题，地层应力阻隔造集约化已成为城市更新的重要趋势.基坑建造将导致地基应力重分布，受邻近既有建筑侧向土压影响，易诱发基坑变形、开裂、坍塌等灾害团4】.典型事故如2019年11月26日，河北廊坊发生一起邻近建筑基坑坍塌事故，造成1人死亡；2021年10月14日，浙江杭州发生一起紧邻建筑基坑坍塌事故,造成2人死亡；2023年10月27日，河北石家庄发生一起邻近建筑基坑坍塌事故，造成4人死亡s-.研究基坑变形控制技术可为工程建造安全奠定良好基础.目前，基坑变形控制方法主要包括地层加固法、基坑支护强化法和地层应力阻隔法同叫地层加固研究方面，Ze

12、ng等皿针对欠固结软土地层，分析了预降水水位对土体固结程度的影响规律，提出了地层预固结自承载加固方法；Diao等网采用数值推演和工程实践相结合的研究方法，建立了粉质黏土多层位同步注浆加固技术；刘波冈研究软弱粉质粘土层中基坑坑内、外土体加固对侧方地层变形的控制效果，确定了土体加固强度和深度值；孙子正等1网通过物理试验分析了注浆加固结石体弹性模量、黏聚力、内摩擦角及渗透系数等参数的变化规律，揭示注浆加固参数对不同物理力学指标的强化侧重机制.基坑支护强化研究方面，Zhang等1提出了邻近既有建筑基坑射流桩加强支护技术，针对软土基坑被动区加固的变形控制效果较好；Wang等口句分析了多层地下水复杂地质条

13、件下复合土钉墙-锚固桩墙组合支护体系的基坑应力变形特征，研究发现锚固体刚度和预紧力对基坑侧向位移具有重要影响;叶俊能等叱网提出了高压气囊桩基坑支护技术，探究了不同气囊压力条件下土体的水平位移变化规律.这些研究聚焦于提升地层强度和基坑支护能力，在既有建筑和基坑净距较小的有限空间条件下，既有建筑侧向土压力和基坑支护反力间的夹持作用，将导致法为该问题提供了解决思路.地层应力阻隔研究方面，Shi等3采用地连墙阻隔地层应力，最大横向拉伸应变降低达27%；费纬网采用钻孔灌注桩隔离墙控制紧邻既有建筑基坑变形，论证了隔离墙具有良好的地层抗隆起稳定性和变形隔断作用.有限空间条件下，上述应力阻隔技术对小净距地层扰

14、动较大，可能威胁既有建筑安全，且建造成本较高.钻孔释压技术是应用于深部矿山工程领域的应力阻隔方法，具有低成本和操作简便等特点，由于力学机制、地应力水平和地质条件等方面差异显著，现有深部矿山工程钻孔释压理论方法和技术无法直接应用于基坑工程，研究考虑有限空间应力释放的基坑变形控制方法对保障基坑建造安全具有重要意义mi.本文通过弹性力学平面应变理论建立有限空间夹持力学模型，研究夹持应力与地层损伤因子的函数关系，采用有限差分数值分析方法，确定应力释压孔与有限空间地层应力水平的关系，提出变形支挡-应力阻隔一体结构控制方法，并依托北京科技大学工程实践基地工程开展现场工程验证，可为有限空间建筑基坑变形控制提

15、供有效数据支撑.1有限空间夹持作用平面应变模型1.1 有限空间夹持力学模型北京科技大学工程实践基地（二期）工程（建字第UOIO8202000277号）既有建筑距基坑仅7.23m,既有建筑在重力作用下将对地层产生面向基坑的水平荷载，并与基坑围护桩的支挡力形成相互作用力,此时既有建筑和基坑的夹持模型可简化为两端受水平作用力的板屈曲平面应变模型，令X方向为夹持力作用方向，歹方向为垂直于夹持力作用方向，既有建筑-基坑支挡夹持力学模型如图1所示.图1有限空间夹持力学模型Fig.lFinitespacestronginterlockingmechanicalmodel在夹持载荷M的作用下地层屈曲方程为：T

16、rnL(乔C砺前卜M赤*=u)式中，E为杨氏模量；为板厚；为泊松比；为挠度.边界条件为：*3=OX=Oor7,x(2)产0Orb,3=r=()假定满足边界条件的挠度S(x,y)为:,，人3=yinMllAmn(3)m=lr=lClb式中，4”为地层在弹性限度内的最大挠度；加、表示任意正整数；。为X方向的长度；b为y方向的长度；g为0与。之间的变量；力为0与万之间的变量；为圆周率.将式(3)代入屈曲方程式(1)：(5)由于Aw=O无意义，夹持载荷M可表示为：Ehamn2Nx=32()2()2+()2(6)(l-)mab1.2 考虑应力释放的有限空间夹持力学模型图2为考虑应力释放的有限空间夹持力学模型.应力释压孔通过切断夹持应力的传递路径改变地层力学结构网，释放夹持赋能层