河北工业大学硕士学位论文工程强降水施工技术在深厚软土地区深基坑支护工程中的应用 研究姓名：郭增申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：窦远明20081101工程强降水施工技术在深厚软土地区深基坑支护工程中的应用研究 Application Study of Strong Dewatering Technology in Deep Exca-vation with Profound Soft Soil ABSTRACT Deep excavation is a critical question in geotechnical engineering. Especially in profound soft soil, deep excavation is a difficult problem. There has been continuous study in excavation safety and cost saving. Dewatering technology has been widely used in deep excavation. Engineers found that in profound soft soil, if they have longer time to do dewatering, strutted engineering have the smaller deformation, the result is better. Through a long time strong dewatering, we can reduce thickness of cement-soil wall and played the same role in deep excavation, therefore the eco- nomic result is obvious. In this paper, with an example of excavation engineering, strong dewatering technology is applied in profound soft soil. Main study content and achievement have been obtained as fol- lows: 1. Through investigation in situ and soil test in laboratory, physical and mechanical pa- rameters of soil are analyzed at different stages of strong dewatering. Study indicates that strong dewatering can improve modulus of compression, internal friction angle and cohesion of soil. 2. Based on the microstructure of soil, the cause of strong dewatering technology to im- prove physical and mechanical parameters of soil are analyzed. Study show that large numbers of free water and a little weak combined water have dewatering due by strong dewatering, soil combined water film change thinner, and soil cohesion increases. 3. Practical example of deep excavation is analyzed by finite element program of PlAXIS. Cement-soil wall thickness of 2.4m and 0.7m are calculated respectively with different soil physical and mechanical parameters pre and post strong dewatering. In the condition of ensuring overall security for deep excavation, strutted engineering with decreasing the thickness of the cement-soil wall can have the same role, and a significant economic effect. KEY WORDS: strong dewatering, deep excavation, soil test, microstructure, cement-soil wall, finite element ii 河北工业大学硕士学位论文 符号说明符号说明 总应力(KPa)。 有效应力(KPa)。 孔隙水压力(KPa)。 C 粘聚力（KPa） 。 内摩擦角（） 。 Pa 主动土压力(KPa)。 Pp 被动土压力(KPa)。 Ka 主动土压力系数。 Kp 被动土压力系数。 k0 静止土压力系数。 ri 第 i 层土的重度（KN/m3） 。 r浮重度（KN/m3） 。 satr 饱和重度（KN/m3） 。 wr 水的重度（KN/m3） 。 hi 第 i 层土的厚度(m)。 h 土的厚度(m)。 0w 含水量（%） 。 dm 干土质量(g)。 0m 湿土质量（g） 。 0 试样的湿密度(g/cm3)。 d 试样的干密度(g/cm3)。 pI塑性指数。 LI 液性指数。 pw 塑限（%） 。 v工程强降水施工技术在深厚软土地区深基坑支护工程中的应用研究 Lw 液限（%） 。 ip某级压力值（KPa） 。 oe 初始孔隙比。 21a压缩系数（Mpa-1） 。 21E压缩模量(MPa)。 试样所受的剪应力（KPa） 。 R 测力计量表读数（0.01mm） 。 1大总主应力（KPa） 。 3小总主应力（KPa） 。 试样的校正断面积（cm2） 。 aA 应变。 应变增量。 塑性因子。 剪胀角（） 。 EA 轴向刚度(KN/m)。 EI 抗弯刚度(KNm2/m)。 vi 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不 包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论 文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。同意如 下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学 位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论 文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校 有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版； 在不以赢 利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 河北工业大学硕士学位论文 第一章第一章 绪论绪论 1-1 深基坑支护工程的现状与特点深基坑支护工程的现状与特点 1-1-1 深基坑支护工程的现状深基坑支护工程的现状 深基坑支护工程是土力学基础工程中的一个古老的传统课题，同时又是一个综合性的岩土工程难题。它既涉及土力学中典型的强度、稳定与变形问题，同时还涉及土与支护结构的共同作用问题。对这些问题的认识及其对策的研究，是随着土力学理论、测试技术、计算技术以及施工机械、施工技术的发展而进步完善的。 Terzaghi1和 Peck2等人早在 20 世纪 40 年代就提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法，这一理论原理一直沿用至今，但已有了许多改进与修正。Bjerrum 和 Eide3在 20 世纪 50 年代给出了分析深基坑底板隆起的方法。 20 世纪 60 年代在奥斯陆和墨西哥城软粘土深基坑中开始使用仪器进行监测， 此后大量实测资料提高了预测的准确性， 并从 20 世纪 70 年代起， 制订了相应的指导开挖的规范，这些规范日益得到了完善。 我国 20 世纪 70 年代以前的基坑都比较浅， 上海高层建筑的地下室大多埋深在 4m 左右。 北京在 20世纪 70 年代初建成了深 20m 的地下铁道区间车站。20 世纪 80 年代后，北京、上海、广东、天津以及其它城市施工的深基坑陆续增加。 为总结各地积累的深基坑设计和施工的经验， 中国土木工程学会和中国建筑学会的土力学和基础工程学会， 相继召开过多次全国和地方的深基坑学术会议， 并出版有关论文集。经过总结我国深基坑支护设计与施工经验，20 世纪 90 年代后相继在武汉市、广东省及上海市等编制了深基坑支护设计与施工的有关规范，并已编制了国家行业标准的有关规范。 1-1-2 深基坑支护工程的特点深基坑支护工程的特点 深基坑支护工程是受多种复杂因素相互影响的系统工程410。它涉及土力学、水力学、结构力学、材料力学、 弹塑性力学、 混凝土结构、 土与结构的共同作用等多门学科及专业。 它不仅要保证基坑稳定，还要满足变形控制的要求，以确保深基坑周围原有建筑物、构筑物、地下管线及道路等的安全。深基坑工程的实践性很强，具有以下特点: 1.深基坑工程是系统工程 深基坑工程作为一个系统工程，主要包括围护体系设计和土方开挖两部分。首先，围护体系的设计既要满足规范安全要求，又要经济适用。其次，土方开挖的施工组织是否合理将对围护体系是否成功产生重要影响。 不合理的土方开挖方式、 步骤和速度可能导致主体结构桩基变位以及围护结构过大的变形，甚至引起围护体系失稳导致破坏。因此，在施工过程中应加强监测，力求实行信息化施工。 2.深基坑工程具有很强的区域性 岩土工程区域性强，岩土工程之中的深基坑工程区域性更强。如软粘土地基、砂土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中深基坑工程差异很大。 同一城市不同区域也有差异。 深基坑工程的围护体系设计与施工及土方开挖都要因地制宜，根据本地情况进行，外地的经验可以借鉴，但不能简单搬用。 3.深基坑工程具有较强的时空效应 深基坑的深度和平面形状对基坑围护体系的稳定性和变形有较大的影响， 在深基坑围护体系设计中1工程强降水施工技术在深厚软土地区深基坑支护工程中的应用研究 要注意深基坑工程的空间效应。土体是蠕变体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性。作用在围护结构的土压力随时间变大，蠕变将使土体强度降低从而造成土坡稳定性变小。因此，深基坑工程具有很强的时空效应。