城市更新进程中,基坑工程所面临的周边既有建(构)筑物的情况越来越复杂。为保障基坑工程及其邻近建(构)筑物安全,对国内外邻近既有建(构)筑物基坑工程的研究现状进行了总结,按邻近建(构)筑物类型对工程实例进行了分类,重点介绍了基坑工程对周围土体的影响区间、基坑工程施工以及地下水位变化对邻近建(构)筑物影响的理论研究、数值分析与试验方法相关研究成果、基坑工程对邻近既有建(构)筑物影响的控制措施以及监测技术。基于现有研究成果以及基坑工程所面临的复杂工况,提出了包含深化基坑施工对邻近既有建(构)筑物影响的理论计算方法、复杂地下水环境对邻近既有建(构)筑物的影响、基坑群建设对邻近既有建(构)筑物的耦合作用、基坑工程对邻近既有建(构)筑物影响控制措施的优化设计、邻近既有建(构)筑物变形监测体系的研究方向。
传统的滑坡编录统计通常采用人工现场踏勘形式,效率低下且可能遗漏部分区域。目前,主流的基于图像识别的滑坡编录技术通常需要高性能设备,并需要较高的模型训练成本,因而不适合在滑坡现场快速筛查中应用。本研究引入MoblieNet轻量化模型,使用DeepLabV3架构对航空摄影图像中的滑坡进行快速智能识别和边界定位。与传统的卷积神经网络(CNN)图像分割方法相比,该方法可以在传统方案10%的训练时间内,实现超过90%的准确度,可以更好地契合工程上对于显性滑坡快速智能识别需求,适用于大面积区域滑坡点的快速筛查与编录。
高填方堤防、多级平台堤防以及堤防提标加固工程日益增多,堤防荷载的应力扩散效应对周边建筑可能构成严重威胁。传统设计方案中,未充分考虑堤防荷载的应力扩散效应,高估堤顶区域的附加应力,同时低估水平方向的扩散效应,导致设计中未能充分评估堤防荷载对周边建筑的潜在威胁。堤防荷载扩散中这一高一低的传统设计理念,给工程设计和分析判断带来了较大困难,也给设计方案的优化提供了新思路。基于应力扩散角法,将堤防荷载分为边坡区域荷载和堤顶区域荷载,量化了应力扩散效应对基底压力分布范围和大小的影响,为堤防设计提供了一个增强安全性的新工具。通过对比,该法相对于传统方法能更准确地反映基底压力的实际分布情况,经分析,其扩散程度与堤防截面几何尺寸相关。此外,依据工程实测数据量化了堤防之外的扩散区域中的不均匀沉降,计算结果表明扩散效应对周边民建房结构稳定性构成潜在威胁,可能引发倾斜和裂缝等结构安全问题。建议在大型工程周边的重要位置设立沉降观测点,以实时监测并及时采取防范措施。
基坑监测中采用常规方法设置的基准点适用性差,传统的水平位移监测方法很难满足监测平台模块化设计和控制需求。本文分析了棱镜式基准点在城市内基坑监测中的适用性和便捷性,通过对全站仪自由设站技术的研究和应用,阐述了自由设站法建立水平位移监测独立基准网的方法步骤,并提出了提升此类基准网精度的方法,实现了对监测点相对于基准点的空间位置的精确测量。同时,提出了一种新的水平位移监测方法——基于全站仪自由设站法的水平位移监测虚拟基准线法,通过建立虚拟基准线,对监测点相对于虚拟基准线的水平距离变化进行监测,进而确定监测对象在特定方向上的位移变化,具有高精度、灵活性和实用性。
常规长螺旋钻机在砂卵石地层中的施工困难主要表现为卡钻、埋钻和机械磨损严重,为此,对长螺旋钻机钻具和钻进操作进行了系列改进,主要包括:增强长螺旋钻机动力头扭矩,使其能在含有大粒径漂石的砂卵石地层钻进;增加动力头反转功能,使其卡钻或埋钻后能够自主调整;加强钻具(钻杆、合金截齿钻头、变径等)、前后背板(含卡瓦)、护筒和螺丝等相关部件,使其适应施工强度;钻进过程中根据实际情况调整转速、进尺速度等施工参数,达到一次成孔、成桩的效果。通过实际测试,提出5套适用于不同砂卵石地层施工的长螺旋钻机改装配置,供工程应用参考。
北京地区某建筑项目高层住宅楼与纯地下车库毗邻,二者基础高差7.6 m,根据施工进度安排,位于浅部的住宅楼需先于车库施工,毗邻段车库基坑支护设计需考虑最不利工况,即住宅结构封顶时车库基坑肥槽尚未回填。为有效控制深部基坑与浅部住宅楼变形,对深部基坑采用结合浅部住宅楼CFG桩的三排桩支护方案。数值模拟和基坑变形监测表明,深部基坑变形和浅部住宅沉降及倾斜均处于可控范围,浅部住宅楼荷载绝大部分通过CFG桩传递至深部地层中,对深部基坑影响较小。本方案中CFG桩兼作竖向承载和水平承载构件,可采用扩径和配筋相结合的措施增加其侧向刚度,同时需要注意控制复合地基承载力和刚度的均匀性。
宁波轨道交通7号线小洋江站为多线换乘地下三层车站,基坑长度270.8 m,四线段基坑宽度51.4~55.7 m,两线段基坑宽度19.6~27.3 m,基坑深度27~31 m。车站建设场地存在深厚软土,基坑北侧距已运营的区间隧道约30.8 m,基坑变形控制要求较高。为控制基坑与邻近区间隧道变形,基坑围护设计采用地连墙+内支撑体系,同时采用硬分坑分时分段施工、软分坑分层开挖、地连墙构造段加长切断承压水层及设置施工便道与栈桥等一系列措施。监测结果表明,基坑大阳角采用软分坑与分层开挖的方式,对其变形控制非常有效;地表沉降对于坑外荷载较为敏感,坑外存在长期荷载区域地表沉降远大于其余区域;基坑开挖对邻近区间隧道存在影响,开挖深度小于隧道埋深时,对区间隧道影响较大,而开挖深度超过隧道埋深时,对区间隧道影响相对较小,最终区间隧道沉降为5.9 mm,控制在允许范围内。
桩基在非基岩区核电厂相关建筑中的应用日益广泛,其水平承载力的确定与优化问题十分重要。考虑土体硬化本构模型并基于勘察资料确定合理取参方法,围绕核电厂工况构建水平承载桩基有限元模型,通过对比模型计算结果与规范经验法计算结果验证了模型的合理性,应用该模型重点分析了各类工程处理措施对桩基水平承载力的影响,研究成果表明:均匀布桩情况下,布桩形式对桩基水平承载力的影响很小,而桩径与桩基水平承载力直接相关;一般压实承台侧土可将桩基水平承载力提升10%以上,但随压实度增加后进一步提升的效果不明显;承台下进行局部土体加固的深度、宽度及加固土体刚度均会显著影响桩基水平承载力,但加固区宽度并非越宽越好;上部淤泥层预固结处理后,可将桩基水平承载力提升10%以上。另外,通过施加以上各类综合处理措施,可将桩基水平承载力提升85%以上。相关成果可为具体工况下桩基水平承载力的预测及优化提供方法路径,为工程前期阶段方案设计提供参考。
某电厂冷却塔位于黄泛区液化土层,采用刚性桩复合地基,为对其复合地基护桩系统进行优化设计,采用数值分析方法对场地土与刚性桩结构在地震荷载作用下的受力特征和动力响应机制进行研究,探讨不同刚性桩护桩方式对地基抗震性能、变形特性等的影响。结果表明:承台下基桩峰值弯矩出现在最外侧基桩,对应地基底部可液化土层与下部非液化土层交界处;一排、三排和长短组合桩围护时,峰值弯矩分别降低16.7%,31.9%和29.9%;定义基桩峰值弯矩降低百分比与护桩长度比值为护桩效益系数,发现长短桩组合桩型为最具效益桩型,三排护桩工况对应的效益最低;护桩可以降低桩周土整体加速度,改善桩基承台沉降变形,一排护桩、三排护桩和长短桩工况下,沉降分别降低7.75%,24.03%和15.5%。
地下水封油库对洞室渗水量有严格的要求,需进行注浆渗控。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)生成的微生物水泥具有浆液颗粒小、黏度低、流动性好等优点,为封堵岩体微裂隙提供了新的思路。微生物矿化注浆封堵岩体裂隙降渗过程包含了微生物水解尿素、矿化沉淀反应以及沉淀在裂隙中附着和分布等一系列反应。本文首先阐述了微生物矿化反应基本原理,基于目前研究和应用最为广泛的脲酶水解尿素反应方式介绍其生物酶催化作用,然后通过分析脲酶水解尿素反应过程中生成的沉淀对裂隙隙宽的影响,推导了矿化反应沉淀在裂隙中不同的附着特征对裂隙渗透性降低的理论公式,同时相应地分析了影响效果。本文旨在通过了解微生物矿化封堵岩体裂隙降渗过程中耦合关系,为后续微生物矿化封堵岩体裂隙降渗机制研究提供理论基础。
针对邻近既有营运线叠线隧道盾构施工的变形控制难题,依托南京地铁6号线岗子村—花园路区间工程,采用“先下后上”、注浆隔离加固和下线隧道台车系统支撑的施工技术,通过实测,分析叠线隧道盾构施工引起的地表沉降变化规律与盾构掘进对邻近既有营运线管片产生的影响,得到全过程地表沉降及既有隧道变形规律,结果表明:(1)下线隧道掘进时地表沉降随掘进相对时间先隆起,达到最大值后再沉降,直至趋于稳定,上线隧道掘进地表沉降规律相似;受注浆隔离加固影响,既有隧道地表沉降变化不明显,地表沉降曲线总体符合非对称的Peck曲线。(2)盾构掘进时,注浆压力增大,地表竖向位移日变量相应增加;盾构总推力与刀盘扭矩变化对地表竖向位移无明显影响。(3)上线隧道掘进时,下线隧道变形由“圆形”向“竖椭圆形”发展;下线隧道在台车支撑作用下,道床竖向位移与隧道水平收敛值相比无台车支撑时减少50%。(4)上线掘进完成后,拱顶和道床最终沉降最大分别为2.6 mm和2.5 mm,左右拱腰最大水平位移分别为0.3 mm和0.7 mm,呈向叠线隧道方向移动趋势。
沈阳某地铁车站采用PBM工法开挖,以该暗挖工程为背景,介绍了PBM工法现场施工关键技术及措施,通过现场监测和数据分析,研究了PBM工法车站开挖过程引起的地表沉降、结构变形和应变的变化规律。研究结果表明:该车站PBM工法施工引起地表最终沉降最大值约25 mm,沉降控制水平较好;整体结构变形及应变处于安全范围,表明PBM工法整体结构布置合理。在负一层的开挖及结构浇筑中,应减小开挖步距和顶板注浆的速度,以减小对上覆管线的扰动;当负一层开挖施工到中部横梁时应适当减缓开挖速度,加强临时支护,从而更好地控制横梁竖向变形。
目前西安地区进行标准贯入试验(SPT)大多使用ϕ50型钻杆,与规范规定的ϕ42型钻杆有所差异。选取西安地区三处工程场地,分别在砂土和黄土状粉土地层中进行两种钻杆直径标贯击数N值对比试验,统计分析了两种杆径测得标贯击数的相互关系及对液化判定的影响。结果表明,钻杆直径对标贯试验击数N值的影响,在不同地层和不同试验深度下结果不同。10 m深度范围内,ϕ50钻杆和ϕ42钻杆测得标贯击数N值较为接近,砂土层中比值N50/N42介于0.98~1.02,黄土状粉土层中比值N50/N42介于1.01~1.05;10~20 m范围内,两种杆径测得标贯击数N值偏差较大,两类土层中比值N50/N42分别介于1.03~1.05和1.05~1.10。此外,采用ϕ50钻杆和ϕ42钻杆数据进行砂土和黄土状粉土地基土液化判定时整体上均为不液化,但在液化边界线附近局部区域,ϕ42钻杆标贯数据判别为液化时,ϕ50钻杆标贯数据判别结果为不液化。
为研究膨胀土的长期回弹变形特性,以人工配置的具有不同膨胀潜势的饱和膨胀土为研究对象,开展了不同应力水平下的长期侧限回弹试验。研究发现:(1)卸荷过程中,弱膨胀土表现出良好的线性回弹特征,而强膨胀土表现出高度非线性;(2)卸荷后的长期回弹变形可划分为主回弹变形、次固结变形两部分;当强膨胀土的回弹率小于极限回弹率,变形两阶段均存在;回弹率达到极限回弹率后,主回弹阶段消失,次固结阶段占据整个变形过程;(3)膨胀土自由膨胀率越大,其压缩指数、回弹指数、极限回弹率越大,临界卸荷比越小,极限回弹率与自由膨胀率之间存在明显的线性关系;(4)随自由膨胀率的增大,次固结系数呈指数型增加,次固结阶段开始时间推迟。
针对盾构同步注浆中易发生的浆液稀释、离析等问题,通过分析实际工程案例,确定浆液配比后进行室内试验,采用SPSS及MINITAB分析试验结果,并结合MATLAB开展符合施工要求的浆液配比优化研究。分析表明:浆液水胶比集中在0.6~0.9,胶砂比集中在0.4~1.0,膨水比集中在0.1~0.3,灰粉比集中在0.2~0.6;水胶比对密度和稠度影响较大,膨水比主要影响流动度、泌水率和固结收缩率,灰粉比对凝结时间和强度影响显著;与MATLAB工具箱求解器的fmincon函数相比,改进的多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)优化结果精度更高,经优化得到最优配比:水胶比0.60、胶砂比0.87、膨水比0.25、灰粉比0.60。基于此,对北京12号线某盾构区间施工进行验证分析,结果表明相较于已有方案,基于多目标优化的浆液在地层变形控制上效果更优。
以内蒙古中部生土为基材,采用表面涂刷与内掺改性两种方法,探究甲基硅酸钠(SM)对生土材料耐水性能的强化机制。通过60 min静水浸泡和120 min动态冲刷试验得出:(1)强度性能:表面涂刷与内掺试件平均抗压强度较对照组分别提升16.67%和47.66%,(2)静水性能:表面涂刷与内掺试件平均吸水率为1.57%和2.17%,软化系数达0.80和0.81;(3)抗冲刷能力:表面涂刷与内掺试件平均吸水率为0.97%和2.11%,软化系数为0.55和0.63;(4)微观机制:表面涂刷改性形成外部包裹式防水层,而内掺改性通过SM与土颗粒生成聚硅氧烷膜,同步增强防水性与结构稳定性。
流态固化土常应用于回填工程。为探究流态土受材料、季节性气候影响而导致的力学性能劣化机理,开展冻融循环下预拌流态复合土的细观损伤变化规律研究,通过电镜扫描(SEM)及核磁共振(NMR)试验探究其细观结构变化规律,并对复合材料内部机制进行分析。研究结果表明:冻融循环作用会改变土体的孔隙形态,随冻融循环次数的增加微小孔隙逐渐演化为中、大孔隙;不同材料损伤程度不一,以水泥复合材料的破损程度最小,其次为石灰材料,在水化作用下会形成具有强度的胶结块,是抵抗变形的主要结构部分。该研究成果可为流态固化土材料研发和应用提供借鉴。
流动性和抗压强度是流态固化土工程应用中的关键技术指标,决定了流态固化土的和易性和工作性能。泵送施工中可通过减小湿密度,适当提高流态固化土流动性,以满足设备要求。以两种土性的工程弃土为母土,控制湿密度在1.4~1.6 g/cm3,制备高流动性流态固化土,重点研究土性和湿密度对流态固化土流动度、泌水率、抗压强度的控制规律及作用机制。研究表明:流态固化土的流动度和泌水率主要受土性影响,母土液限越高,其流动度相对越低,泌水率相对越小,固化剂掺量和种类对其影响相对不显著;抗压强度主要受湿密度和固化剂影响,湿密度越高,流态固化土强度相对越大;高流动性流态固化土自凝阶段,因水化反应尚未充分,土颗粒、土−固化剂水化产物存在自重沉降,出现不同程度泌水,导致同一固化土试样抗压强度沿深度不均匀的现象,微观结构上表现为大孔隙逐渐被水化产物填充,胶结作用更为充分,中小孔隙依次增多,土体结构更为密实。
将边坡稳定性分析的方法分为确定性分析方法(以瑞典圆弧法、简化Bishop法等为代表的极限平衡法和以有限元法、有限差分法等为代表的数值分析方法)和非确定性方法(可靠度法、模糊综合判断法、灰色系统法、人工智能法等),详述了各分析方法的原理、优缺点以及适用性,并对其中一些方法进行了比较分析,提出了岩土边坡系统稳定性评价的发展方向。
有限元软件数值模拟是现在从业人员分析敏感环境下基坑工程的重要手段,选择合适的本构模型是其关键。为了解工程中常用的三种土的本构模型适宜性,运用三维有限元软件Midas GTS NX模拟了某大型深基坑开挖过程,将采用不同本构模型的数值模拟结果与基坑监测结果进行对比,进而分析本构模型的适用性。可为本区类似工程进行有限元数值模拟分析时提供参考和借鉴。
BIM技术具有三维可视化、碰撞检测、工程信息管理等众多特点,极大地提升了工程质量与效率,在建筑领域得到迅猛发展,然而在岩土工程中因为收费机制、软件功能限制、应用局限性等原因导致其发展的严重滞后。随着设计可视化、信息化发展进程,BIM也将在岩土中得到立足。对BIM在岩土中的应用现状进行了剖析,并对发展前景展望。以武汉亚洲医院基坑项目为依托,进行了BIM的完整实施,探讨了模型建立方式与施工应用方法,对今后BIM在岩土工程中的应用推广具有一定指导意义。
上海市城市道路发生的地面塌陷主要原因为浅部砂层分布区域地下排水管线渗漏引发流砂,导致地下土体流失,地表硬壳层承载力下降。将有限元和离散元二者进行耦合,从管线渗漏位置和对邻近管线影响两个方面诱发地下空洞机理进行数值模拟研究。研究结果表明,管道表面顶部局部渗漏引起地表以下土体流失量最大,底部渗漏造成的影响范围较小;管道断裂渗漏引起的地面塌陷范围比管道局部渗漏大得多,但深度较管道顶部局部渗漏引起的塌陷深度小;邻近管道埋深越大,地表以下土体流失量越大,引起塌陷影响区域范围越大,而埋深较浅时,其所受邻近渗漏管道的影响较大;在对地面塌陷进行监测与预防时,不应仅关注地表沉降变形,关注管道周边的土体变形是一种更加及时有效的方法。
探讨了BIM在岩土工程勘察领域应用的可行性,根据多年的研究和工程实践,提出了BIM技术应用于岩土工程勘察领域的目标、实现途径和分阶段的解决方案。
总结分析了建筑工程肥槽回填土质量不良引发的常见工程问题,以及肥槽回填土不易施工密实的几个主要原因,并总结提出了各种肥槽回填土处理方法,以及它们主要的适用条件。
黄土丘陵沟壑区高填方工程的地形地貌和地质环境复杂,场地内常分布有大面积湿陷性黄土和淤积土,且具有土方量大、影响因素多、施工工期紧、沉降控制要求高等特点,建设过程面临着填方体的稳定、变形、排水、湿化变形控制及边坡防护等问题。以国内几处典型黄土高填方工程为例,介绍了通过场地综合地质条件评价、土方平衡优化、地下盲沟排水、原地基强夯加固处理、填筑体压(夯)实处理、填挖边坡防护处理、施工质量立体式监控、岩土工程全程监测等多种手段有效组合,解决黄土高填方工程问题的实践工作,相关经验可供类似工程借鉴。
采用文献综述研究方法,梳理了红黏土研究成果并进行了评述,对红黏土的物理力学性质进行了归纳和总结,对红黏土的性能改良研究成果进行了汇总,指出红黏土的物理力学性能的差异性根源在于微观结构的个性差异存在,红黏土性能改良的困难在于红黏土的水敏性和热敏性,红黏土性能改良的关键在于控制其含水率。最后指出了研究不足在于普适性理论和知识体系没有构建,改良方法和技术探究应该加强,展望了红黏土性能改良的物理-化学-生物耦合作用的机理及复合技术开发和应用的研究。
结合北京市密云区古北口村文物建筑群工程实例介绍了三维激光扫描技术、BIM(建筑信息模型)在古建筑测绘中的应用。通过对比传统测绘方法,证明其在测绘及文物保护方面应用的优势。
世界首条盾构法联络通道—宁波地铁联络通道已经将盾构法挖掘地铁联络通道变为现实,但对于盾构法联络通道挖掘对地表沉降的影响还缺乏足够的认识和积累。以宁波地铁3号线某区间的地铁联络通道开挖为例,对盾构法联络通道施工过程进行了试验测试及CAE(Computer Aided Engineering)仿真,并成功地完成了施工过程中各个工况地表沉降仿真与测试的标定分析,得到了沉降幅值在各工况下的变化规律,指出盾构地铁联络通道施工过程中需要关注的危险工况,据此形成了一套真实、可靠、先进的仿真流程,可为联络通道后续沉降监控及其它联络通道施工过程的沉降预测提供支持。
目前大部分岩土工程勘察企业使用的是传统原位测试手段。为了梳理、归纳岩土原位测试技术的最新进展,从变形特性试验、抗剪强度试验、渗透试验和触探试验等四个方面,将20世纪90年代至今岩土原位测试技术与设备的最新研究进展进行系统性综述。当前的原位测试技术具备自动化、信息化、多功能化和技术升级等四大特征,但仍然存在测试成本高、理论基础薄弱、试验自身局限和进展缓慢等问题。根据实际问题从加强理论基础、信息化和多功能设备的研发、拓展研究区域等方面提出展望。
桩基施工将引起周边地层位移和邻近隧道结构变形,以南京龙津桥改建项目桩基工程为背景,通过现场实测,分析研究钻孔灌注桩施工全过程各工况条件对地层位移场和邻近既有隧道结构变形的影响规律。结果表明:由于钢套管的护壁作用,钻孔灌注桩施工过程中产生的最大地层位移和隧道结构变形较小,说明采用"钢套管边旋压边取土"、"群桩间跳施工"等工艺,对周围土体扰动影响程度较小,建议近隧桩基工程采用全套管灌注桩的施工方法,监测分析结果可为类似工程提供技术参考。
1987年创刊, 双月刊
主管单位:中国兵器工业集团有限公司
中兵勘察设计研究院有限公司
国际刊号:1007-2993
国内刊号:11-3813/TU
电 话:010-83117072 / 010-83196888
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