时空效应规律在软土深基坑工程中的应用
时空效应规律在软土深基坑工程中的运用
时空效应规律在软土深基坑工程中利用一、引言:因为土体各向异性、土工试验技术不足和施工原因复杂性，在基坑施工中各工况下不停改变流变参数难以测准，而支护墙体内力和位移也就难以估计。
现在中国外对此问题尚缺乏处理理论和方法。
所以在软土地域建筑物和市政公用设施密集地域，要按控制土体位移保护环境要求，进行深基坑设计和施工，就带有风险性。
为求得工程安全和环境安全，在中国外部分靠近关键建筑设施软土深基坑中，于基坑内部进行大量地基加固以改善土壤性质(如新加坡、台北等工程实例)。
从中国软土地域，尤其是上海地域近十年来在深基坑施工实践和试验研究结果中，能够认识到:在深基坑开挖及支撑过程中，每个分步开挖空间几何尺寸和支护墙体开挖部分无支撑暴露时间，和周围墙体和土体位移有一定相关性。
这里反应出基坑开挖中时空效应规律性。
实践证实:利用时空效应规律，能可靠而合理地利用土体本身在基坑开挖过程中控制土体位移潜力而达成保护环境目标，这是一条安全而经济技术路径，这已为上海近两年来完工五个深基坑工程实践所验证。
二、考虑时空效应基坑工程设计及施工技术关键点:1、首先合理选定基坑开挖及支撑施工工序和施工参数。
基坑开挖和支撑施工是决定基坑工程成败优劣关键工序。
为在基坑开挖中降低土体扰动范围，保持基坑稳定，并使地层位移和差异位移符合估计值，合理选定基坑开挖及支撑施工工序和施工参数是决定性原因。
开挖和支撑施工工序基础是按分层、分部、对称、平衡标准而制订，最关键施工参数是每层开挖中挡墙被动区土体挖除后，挡墙未支撑前自由暴露时间和暴露宽度和深度。
在大面积不规则形状高层建筑深基坑中，挡墙被动区土体往往在开挖中被保留成为土堤状，此土堤断面尺寸亦按其能抵住挡墙要求而定，亦为关键参数。
2、基坑设计中，估计考虑土体流变性围护墙体位移和对应地层位移，并采取方法使之符合保护环境要求。
从实测资料和理论分析中可知:土体流变性时软土深基坑变形影响是显著，在同一工况下基坑围护墙体随其在开挖后暴露时间延长而增加，现在通常基坑围护墙体变形计算均未计及流变原因，在基坑周围建筑设施对地基位移很敏感时，尤其在流变性较大土层时，就必需正确地采取以下计及土体流变性计算法，并采取对应处理对策。
基坑工程时空效应
0 0
-5
水平位移(mm)
50
100
150
200
-10
-15
深度(m)
-20
-25
-30
挖至-7.5的实测值
-35
按照原先施工参数的预测值
调整参数，不考虑注浆的预测值
调整开挖参数前后的基坑挡墙变形计算值对比
157#地块基坑周围环境示意图
157#地块基坑周围环境示意图
预留土堤宽 度10m 每小段开挖 宽度6～8m 每小段在18 小时之内开 挖并支撑
开挖第二层土时东端墙最大水平 位移增大至6mm超过了警戒值
第三层土方开挖中的变形增量减至3mm
调整施工参数控制地墙位移
三、不规则基坑工程实例
新世界商厦剖面图
新世界商厦支撑平面图
新世界平面图
香港广场
车站及其周围环境示意图二
车站及其周围环境示意图一
沉降(mm)
5
0
西
-5
西
东
1 0
16.1m/27线西
100 200 300 时间（天）
1.4 1.32 1.24 1.16 1.08
1 0
14m/27线东
100 200 300 时间(天)
土压力时间系数
土压力时间系数
1.12
19.8m/27线东
1.08
1.04
1
0
20
40
时间(天)
1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1
1.05
1 0 10 20 30 40 50 时间(天 ）
土压力时间系数
1.3 10.5m/杨高路 1.25
1.2 1.15
1.1 1.05
时空效应法在深基坑工程中的应用
Ｉ 土层 层厚／ 重度／ 南 ｃｋａ 渗透系数／ Ｊ ｍ ｝ ／Ｐ 】 ］ ／
（Ｎ． － （ ） ｋ ｍ３ ） 。 （ｍ・ ｃ ｓ） （ Ｎ・ － ｋ ｍ４ ）
７ ９ ０ ． ×ｌ吨 ７ ３ Ｏ ． ×１Ｉ ７
２ １ ０ ． ×１－ ８ ２０ ０ ． ×ｌ １８ Ｏ ． ×１
３０ ０ ０ ４５ ０ ０
５０ ０ ０ ５０ ０ ０ ８０ ０ ０
７粉质粘土 Ｏ ６ ．
８ １粉 质 — 粘 土 ９ １ 质 —粉 粘 土 ９ ２粉 砂 — ２７ ． ９
护周 围环境 。
６ 结 论
经过 此 次 实 践 ， 分体 会 到“ 层 、 充 分 分步 、 匀 、 均 对 称” 的时空 效应理 念在深 基坑 施工 中 的重要性 。在施 工
技术 上要 合理 布置 开挖 流程 ，充分 发挥 被动 区土 体 抵
挡 并延缓 围护 结 构— — 连排 灌注 桩 变形 的作用 。加 强
时空效应法在深基坑 工程 中的应用
口 文 ／ 志 强 谢 恩 杰 高 斌 宋 红 智 高 摘 要： 文章结合天津市泰安道一号院深基坑施工， 介绍 了利用时空效应理论加快施工进
度 ， 制基 坑 变形 的做 法和体 会 。 控
关 键词 ： 深基 坑 ； 支撑 ； 梁 ； 环 土方开挖
体进 行 合 理空 间划 分 ，以期 利用 土 体 结构 形 成 的空 间
抵抗 作 用来 减 少支 护 结构 位 移 并结 合环 梁 混凝 土 早 强 技术 和 基坑 监测 分 析 ， 高基 坑稳 定 性 ， 护周 边 环 境 提 保
基坑工程的时空效应与土方开挖
基坑 工 程 的挖 土方 案 ， 根据 基 坑 面积 大 小、 要 围护
结构 型式 、 开挖 深度 和工程 环境 条件 等 因素而 定 。大体
有 四种可 供选 择 ： 层 开挖 、 段 开挖 、 分 分 中心 岛开 挖 、 盆 式开挖 。 （ 分层 开挖 。分层 开挖一般 适用 于基 坑较 深 ， １ ） 且不 允许 分 块分 段施 工 混凝 土 垫层 的 ，或土 质较 软 弱 的基
加固后 的纤维布 外表 面采用 粘贴 洁净砂进 行保 护 。 套粘接 树脂把 碳纤 维片材 粘贴 于混 凝土表 面 ， 使碳 纤维
３ 检验及验收 ． ６
片材承 受拉应 力 ， 并与混凝 土变 形协 调 ， 同受 力 ， 共 从而
本工程 采用 粘贴碳 纤维 布 的 碳纤维 片布 与基层之 间结 合是 否 良好 ， 可采 用捶 击 起 到 结构加 固补强 的作用 。 施工 质量 高 ， 工效 率高 ， 施 并 的方 法来 判 断 是否合 格 ， 合 格标 准 为 ： 单 个 面积 空 加 固方 法进行 框架梁 加 固， 其 ① 在 鼓小 于 ０ １ｍ； ．３ ②空 鼓 占总 面积 小于 ５ ： 空鼓 平均 为 且后期 使用不 需要 定期维 护 ， 经过 加 固投入 使用后 情 ％③ 况 良好 ， 达到 预期效 果， 得推广 应用 。 ● 值 小于 １ ０处 ／ 。 ｍ。 当碳 纤维 布 的单个 空 鼓面 积 小于 ｌ０ ｍ ， 采 Ｏ０ｍ 时 可
参考 文献】 用针 管注胶 的方式进 行补 救 。 当纤维布 的单个 空鼓 面积 【 大于 ｌ０ｍ 宜将 该 处 纤 维布 切 除 ， Ｏ０ｍ 时， 重新 搭 接 粘 贴
同型 号的碳 纤维布 。
［］ Ｂ ０ ６— ０ ６ １Ｇ ５ ３ ７ ２０ ，混凝土结构加 固设计规范 （） 北京： ｓ． 中国建
时空效应理论在深圳地铁5号线西丽站基坑土方开挖中的应用
时空效应理论在深圳地铁5号线西丽站基坑土方开挖中的应用摘要：土方开挖具有显著的时空效应规律。
在具体施工中，相关单位应当充分利用这一规律进行合理施工，以实现事半功倍的目的。
西丽站土方开挖施工中利用了时空效应理论，有效地解决了基坑变形、地层位移等问题，提高了基坑的稳定性与施工效率。
关键词：时空效应；基坑土方开挖；西丽站引言土方开挖的时空效应原理，是指基坑在土方开挖时会呈现一定的空间和时间特点，土方开挖工程施工利用这些特点，使土体在一定空间、时间范围内充分发挥自身的抗变形能力，从而实现控制基坑变形的目的。
通常，土的流变规律包括蠕变性、流动性、应力松弛性、长期强度特性等。
因为具有流变特性，所以在土方开挖时，分步开挖的支护开挖部位土体、空间尺寸的暴露时间和土体的位移之间有着一定的相关。
尤其是含水量高、强度低、流变性大的软粘土，其围护结构的位移随着土方开挖时间的延长而逐步扩大。
土方开挖越深，围护结构暴露的范围也就越大，意味着流变现象会越显著。
总而言之，土方开挖中的时空效应主要表现在以下几个方面：随着时间的延长，周围地层的位移逐渐增大；随着时间的变化，围护结构的内力、变形逐渐发生变化。
因此，在具体的施工中应当根据工程所在地区的地质特点，结合在类似工程中的施工经验，根据“时空效应”理论、《地下工程施工及验收规程》的相关规定，对车站的基坑围护和开挖过程中的时空效应，认真分析土方开挖时空效应与车站的基坑围护情况，将首要目标定为保持基坑稳定，控制基坑变形，并且在土体开挖后严格控制土体无支撑暴露时间。
根据工程实际情况采用适当降水、钢支撑、基坑排水等措施增强土体的抗剪强度，严格控制基坑附近底层位移，实现安全施工，确保土方开挖施工质量。
1西丽站工程概况西丽站是深圳地铁5号线工程第10站，位于南山区西丽镇留仙大道和沙河西路十字路口处，沿留仙大道布置,呈东西走向。
西丽站范围内上覆第四系全新统人工堆积层、冲洪积层、上更新统坡积层、残积层，下伏震旦系花岗片麻岩。
软土深基坑变形性状的时空效应研究的开题报告
软土深基坑变形性状的时空效应研究的开题报告一、研究背景随着城市建设的不断发展，越来越多的高层建筑、大型工厂和人行道等需要在软土地基上建设。
对于软土地基的处理，基坑挖掘是影响建筑物稳定性的重要因素之一。
在软土地区，基坑挖掘对周围土壤和建筑物产生了明显的变形和沉降。
但是，土壤的空间分布和物理性质并不均匀，受建筑物荷载、降水、季节变化等因素的影响，土壤的力学性质和变形状态在时间和空间上都是变化的。
因此，研究软土深基坑变形性状的时空效应具有重要意义。
本研究将从实际工程案例出发，通过现场监测和数值模拟，探究软土深基坑的变形性状时空变化规律，为基坑挖掘的设计和施工提供科学依据。
二、研究内容1. 实地调查和监测：选取某一软土地区的基坑工程为研究对象，通过实地调查和监测，获取基坑挖掘过程中土壤的变形数据。
监测点应包括挖掘中心、边坡、基坑底部等位置。
2. 数据分析：分析监测数据，探究土壤变形的时空变化规律。
通过分析不同因素（如降水、季节等）对土壤变形的影响，确定软土地区基坑挖掘的最佳施工时期和方法。
3. 数值模拟：基于FLAC软件，开展软土地区基坑挖掘的数值模拟。
在模拟中考虑土壤的物理性质、设定边界条件和力学参数，模拟土壤的变形过程，验证实测数据。
4. 空间插值分析：将实测数据和模拟数据进行空间插值，得出软土地区基坑变形的时空分布图。
三、研究意义1. 研究结果可以为软土地区基坑挖掘的设计和施工提供科学依据，降低基坑开挖带来的安全风险。
2. 可以为深入探究软土地区土壤的变形特性提供新思路，为科学使用和管理土壤提供依据。
3. 对于相关研究领域的学者和从业者，本研究可以为其进一步研究提供思考和探索方向，提高研究水平和科学能力。
四、研究方法1. 现场调查与监测：利用先进的监测技术，对软土地区的基坑挖掘状态进行实时监测，记录其变形数据。
2. 数据分析：在对变形数据进行初步分析的基础上，使用SPSS和Excel等统计软件进行进一步分析。
考虑时空效应的软土狭长型深基坑地连墙变形计算方法
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在软土地区超深基坑工程中应用“时空效应”理论指导施工实践—深达24.5m的地铁车站基坑开挖采取的技术措施
了潜 水 沿 降 水 谝 斗 曲 线 缓 慢 渗 透 吸 八 井管 的弊 端 ， 能快 速 而
上 海 明 珠 线 南 浦 大 桥 地 铁 站 位 于 南 浦 大 桥 西 转 盘 引 桥 和 国货 路 之 间 ， 中山 南 路 北 侧 ． 长 １ １ 宽 １ ． ｍ， 下 三 全 ｍ， ７ ７ 地 ８ 层 坑 深 度 在 标 准 段 ２ ９ ｍ， 头 井 ２ ．７ ｍ， 平 均 深 基 ２７３ 端 ４ ５５ 其 度 为 目前 上 海 已完 和 在 建 深 基 坑 之 最 。 其 围 护 体 系采 用 钢
维普资讯
● 地 基 基础
建
筑 基 坑 工 程 中 应 用 软 时 空 效 应 ＂ 论 指 导 施 工 实 践 理
“
深 达 ２ ． ｍ 的地 铁 车 站 基 坑 开 挖 采 取 的 技 术 措 施 ４５
口 邓 绍 伦 （ 上海审建羲和学研究院建设工程咨询监理辞 ２ Ｊ３ ） （０２ Ｘ
有效地降低② ２土层 间的潜水 ， 探井 成孔直径设计为 ７ ０— ０
８０ ｍ， 管 直 径 为 ４ ６ ｍ， 管 总 长 ２ ｍ， 口井 交错 设 ０ｒ 井 ａ １ｒ 井 ａ ４３ 每 置井 管 ５根 ， 管 ４根 ， 节 滤 管 长 ２ ５ 根 据 基 坑 涌水 经 滤 每 ． ｍ， 验 公式 的验 算 ． 基 坑 需 布 井 ｌ 口， 距 １． ｍ， 本 ９ 井 ０ ５ 可满 足 基 坑 降 水 要 求 。 真 空 泵 正 常 抽 水 真 空 度 控 制 在 ００ ３— ００ ＭＰ ． ４小 时 不 同 断 地 抽 水 ， ８ ａ ２ 确保 水位 始 终 处 于每 层开
首 先 要 对 此 处 基 坑 采 取 坑 内地 基 加 固措 施 ， 以控 制地 墙 在 被 动 土 应 力 释 放 时 的 瞬 间 位 移 考 虑 到 土 方 开 挖 速度 对 地 墙位 移 的 影 响 以及 经 济 投 人的 因 索 ， 固 不宜 采 用 满堂 形 加 式 ． 非常 适 台抽 条 加 固 ， 既有 利 于控 制 地 墙 挖 土 初期 位 但 这 移． 叉可 消 除 长 时 间 破凿 加 固 土而 增 长 的后 期 地 墙 附 加累 积
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时空效应规律在软土深基坑工程中的应用
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对软土地层中的深基坑工程，要可靠地解决基坑稳定和控制坑周土体位移问题，需要研究的不明确因素较多，其中一个难题是如何评估和处理软土的流变性对支护墙体内力和位移的影响。
由于土体的各向异性、土工试验的技术局限性和施工因素的复杂性，在基坑施工中各工况下的不断变化的流变参数难以测准，而支护墙体的内力和位移也就难以预测。
目前国内外对此问题尚缺少解决的理论和方法。
因此在软土地区的建筑物和市政公用设施密集的地区，要按控制土体位移保护环境的要求，进行深基坑设计和施工，就带有风险性。
为求得工程安全和环境安全，在国内外一些靠近重要建筑设施的软土深基坑中，于基坑内部进行大量的地基加固以改善土壤性质(如新加坡、台北等工程实例)。
从国内软土地区，特别是上海地区近十年来在深基坑的施工实践和试验研究成果中，可以认识到:在深基坑开挖及支撑过程中，每个分步开挖的空间几何尺寸和支护墙体开挖部分的无支撑暴露时间，与周围墙体和土体位移有一定的相关性。
这里反映出基坑开挖中时空效应的规律性。
实践证明:运用时空效应规律，能可靠而合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土体位移的潜力而达到保护环境的目的，这是一条安全而经济的技术途径，这已为上海近两年来完工的五个深基坑工程实践所验证。
二、考虑时空效应的基坑工程设计及施工的技术要点:
1、首先合理选定基坑开挖及支撑的施工工序和施工参数。
基坑开挖和
支撑施工是决定基坑工程成败优劣的关键工序。
为在基坑开挖中减少土体扰动范围，保持基坑稳定，并使地层位移和差异位移符合预测值，合理选定基坑开挖及支撑的施工工序和施工参数是决定性因素。
开挖和支撑的施工工序基本是按分层、分部、对称、平衡的原则而制定的，最主要的施工参数是每层开挖中挡墙被动区土体挖除后，挡墙未支撑前的自由暴露时间和暴露的宽度和深度。
在大面积不规则形状的高层建筑深基坑中，挡墙被动区土体往往在开挖中被保留成为土堤状，此土堤断面尺寸亦按其能抵住挡墙的要求而定，亦为主要参数。
2、基坑设计中，预测考虑土体流变性的围护墙体位移和相应的地层位移，并采取措施使之符合保护环境的要求。
从实测资料和理论分析中可知:土体流变性时软土深基坑变形的影响是明显的，在同一工况下基坑的围护墙体随其在开挖后暴露时间的延长而增加，目前一般基坑围护墙体变形计算均未计及流变因素，在基坑周围建筑设施对地基位移很敏感时，特别在流变性较大的土层时，就必须准确地采用如下计及土体流变性的计算法，并采取相应的处理对策。
方法一，经验系数法:将工程实测的围护墙体位移量进行统计分析，取得在一定地质条件和一定开挖支撑施工参数条件下，墙体位移与按弹性或弹塑性理论所计算的位移(Se)的比值()，则考虑时空效应的墙体位移值(Shm)为:Shm=Se
方法二:粘弹性两维有限元法:通过三轴剪切蠕变试验和单剪蠕变试验，建立土壤流变本构模型,再按试验曲线、通过非线性函性分析及其拟合程序的编制，确定本构模型的参数，以用于粘弹性有限元计算方法。
因土
质和施工因素的复杂性，土壤流变本构模型参数，很难与实际相符。
这就需要在基坑开挖的初始段，用信息反馈法调正土体流变参数，再用以推算下步开挖引起的坑周土层位移，并据此酌定下步控制变形的施工参数。
由于基坑施工的监测反馈信息是在一定时空效应的施工条件下取得的，则按此推算的墙体位移实际上已考虑了三维效应。
方法三，三维有限元法:通过大量分析，二维分析由于未考虑空间约束作用，算得的位移一般比三维分析所得结果较大，计算结果偏于安全，计算工作简易，但无法考虑平行于基坑挡墙的地下管道及隧道的纵向变形特征。
故结合上海地铁1号线地下车站深基坑工程实践，研究了深基坑三维有限元分析，从研究成果可见:
三维分析可以得出基坑外侧空间位移场，因而可全面了解和处理基坑开挖引起的环境问题。
3、采取分步快挖、快撑和支撑予加轴力的施工工艺。
在软土深基坑开挖施工中，每步开挖中围护墙体的暴露空间和时间越小，则控制基坑变形的效果越大。
因此加快开挖和支撑速度的施工工艺，是提高软土深基坑工程技术经济效果的重要环节。
国内外实践已证明:
科学地采用予加轴力的钢支撑，对保护环境、节约造价和缩短工期具有明显优势。
但钢支撑的采用，要具备钢支撑加工和安装的技术条件，并需要一定经验的施工队伍。
三、工程实践的效果
考虑时空效应的深基坑开挖施工，最早在1986年8月上海市娄山关路
下水道深沟槽中试行，该条形深基坑宽3米，深7.5米，坑边有6层居民楼距坑边仅4～6米，因坑边有高压电线等限制，很难进行地基加固，由于所处的地层为流塑性淤泥质粘土，有较大流变性，如采用一般分段分层(每段长30米)开挖施工法，则预测地面沉降较大，难保坑侧建筑安全，经研究分析，采用了分小段(2米长)分层开挖，加支撑予应力的施工方法，严格控制每步开挖和支撑的暴露空间和时间，取得显著成效，地表沉降只1-2厘米，坑侧建筑无开裂。
总结了86年娄山关路工程经验，至延安东路隧道浦西段的地下墙深大基坑工程及上海地铁1号线的地铁车站的条形深大基坑中，又步步提高，完善了考虑时空效应的设计及施工方法，取得了更大的环境效益和经济效益。
近三年来，在上海地铁1号线运行后，
数处高层建筑的大面积、不规则形的深大基坑，处在正运行的地铁隧道近侧，相距仅3-8米,(如新世界商场、上海广场、香港广场(南坑、北坑)、远东广场等五处深基坑)，由于运用了考虑时空效应的设计和施工方法，将坑周地层位移均限制在予测的15毫米以内，保证了地铁隧道安全，且节约了数百万以上的工程造价。
四、进一步研究的课题鉴于当前北京、上海、武汉、广州、深圳、南京等大城市以及建设部有关部门正积极编制各城市及全国的深基坑工程技术规程。
在编制过程中,不少专家认为:要接受过去几年深基坑周围地层移动引起邻近建筑和设施破坏的教训,在技术规程中要重视控制基坑变形问题。
但控制基坑变形确是一个尚少经验的工程技术问题,一些专家认为:在软土地区解决此问题中,
运用时空效应规律,是一条安全、经济的技术途径,为了将现有的初步经验,总结提高,形成能较大范围应用的工程技术,上海地铁总公司与同济大学合作,结合上海及其它地区的工程实践,研究如下课题:①、软土地层中时空效应理论的应用研究,②、软土深基坑被动区地基加固的设计方法的研究,③、对影响软土深基坑周围地层移动的主要施工因素的理论分析与改进方法。