1绪论
1.1研究背景及意义
随着城市化进程的加快，高层、超高层建筑物数量日益增多，基坑工程向人深度，大而积方向发展已成为必然趋势。然而城市上地资源有限，基坑工程的施工条件越来越^刻，在基坑开挖过S中，不仅要满足：沾坑本身的安全，还耍控制其幵挖对周围环境的影响，确保周围建（构）筑物、地下管线的安全以及周围in路的正常使用。如何对基坑进行变形控制设计，保证基坑自身及周围环境的安全，是非常冇意义的研究课题。
近年来，深基坑工程在施工中发生的工程事故越来越多且损失惨重，事故原因大多是支护結构身失稳或变形量较大而引起的周围环境的破坏，例如周围建筑物的变形破坏、市政管线和电缆的断裂、道路的不均匀沉降。所以在对基坑工程进行支护设计时，先要保证围护结构的稳定，进而控制基坑开挖过程中周围地表的变形，确保-其安全。十世纪以来，人们针对深基坑开挖和支护方而的研究方法多种多样。基坑支护属于临时性丁.程，同时也是涉及众多因素、承担较大风险的系统性丁程。坑丁程的的设计及施丄与场地的地质条件、地下水位愦况和周围环境状况息息相关，同时耍考虑支护结构的选取、地下水的处理、十体开挖工序、支护结构施工工序、变形监测等问题。所以，如何在确保安全的前提下，进行坑变形控制优化设计具冇S大的现实意义。木文将以北湾子胡同11号工程为例，设计3种支护形式，对基坑支护变形进行控制设计及方案优化。
1.2深基坑工程研究现状
深坑的幵挖及支护受众多复杂因素的综合影响，一直是岩土T程界的难题之-一，站坑程很难取得具有广泛应用性的研究成采，深基坑的挖及支护需耍报据实际丄程水文、地质及周围环境施工，耍因地制，从而选取最优方案。基坑工程研究涉及到的主要问题较多，诸如支护结构的变形和稳定性。所研究的内容主要包括：描坑支护体系的强度和变形控制、坑底土体的隆起、周H建(构)筑物、地而地下管线的安全和变形控制等。
1.2.1深基坑工程特点
基坑工程是一项系统工程，需要多专业、多部门之间协调配完成。近年来，深基坑工程呈现出以下特点：
1) 现代建筑趋于高层化，并且在设计中更注重地下空间的利用，所以坑工程的广度和深度日益增大。坑丁程属于临时性工程，在设计中交全储备相对较小，但是港坑丄程存在施工难度大、费用高、工期长的问题。一般基坑:T:程造价山程总造价的20%左右，大型深基坑造价比例还要更高；而基坑工程工期?般占总工期的30%~40%。
2) 基坑工程在施工中存在很多不确〉因素，诸如支护桩法打入地基，由于现场突发事件致使施丁.暂停致使钢筋笼无法下达，变成素桩。并且相同环境下坑设计也是千差万别。基坑的支护形式多种多样，如何能够在保证基坑自身及后续工程的安全前提下，采用施工简单、造价较低的方案，是设计者需耍思考的问题。
3) 基坑工程区域性很强，土体地质条件复&多变，即使;—地区的地质条件也存在差异。在设计和施工之前，必须对II体工程所在地的工程地质和水文地质条件进行勘察，然后依据勘察报告进行设计和施工。
4) 深基坑工程为多学科相互交叉、多因素相互影响的系统工程。不仅涉及到工程地质、基础工程、结构及施工技术等专业知识，而且-需耍考虑工程地质条件、周围相邻建筑、地下管网多种因素的影响。
2深基坑变形特点与实测资料分析
2.1基坑变形特点
深基坑工程变形主要研究三个方面内容：支护结构变形、基坑底部土体隆起及基坑周土体沉降。基坑幵挖的过程是土体卸荷的过程，卸荷使坑底土体产生向上为主的弹性位移，同时支护结构在两侧土压力乍用下产生向基坑内的侧向变形，进而导致坑底的塑性隆起、支护结构后地表及临近建（构）筑物的变形。
2.1.1 K坑的变形机现 .
基坑的开挖伴随着周围上体的卸荷。随着卸荷过程的发展，坑内外上体的初始应力状态随之发牛改变，基坑底部的土体产牛.向上为主的位移，坑支护结构在卞动土Hi力的作用下产生水'、竖向的位移，进而引起IS坑周围地层的沉降变形。
1) 支护结构变形坑幵挖时，土体所受荷载不均衡，坑支护结构受到主动土压力作川，产生水平和竖向的变形。水平方向上，支护结构的变形导致其；上体水平应力的减小，进而出现塑性区域；竖向方向，开挖面以下的土体向基坑内侧移动，使基坑底部土体剪应力逐步增人，土体间产生相可.挤压，导致土体向上隆起。
2) 基坑底部上体隆起祸坑幵挖破坏了土体的初始应力状态，加上支护结构的变形，使得港坑底部土体出现隆起现象。实际程当中，基坑底部土体变形的程度，会因开挖深度的增大而增大。当基坑开挖深皮不火吋，底部变形部位出现在基坑中部；基坑幵挖深度较大时，幵挖面四周会出现较大的塑性变形区，最大变形部位会紧邻坑壁出现。
3深基坑开挖对环境影响的有限元分析…………………………. 18
3.1 MIDAS-GTS软件的介绍…………………………. 18
3.1.1 MIDAS-GTS程序的特点…………………………. 18
3.1.2 MIDAS-GTS的分析功能…………………………. 18
3.1.3 MIDAS-GTS的操作流程…………………………. 19
3.2数值模拟模型的建立…………………………. 20
3.2.1模拟模型的逑立和参数的确定…………………………. 20
3.2.2初始应力场的实现…………………………. 23
3.2.3数值模拟模型的选川…………………………. 23
4深基坑支护设计及数值模拟分析…………………………. 25
4.1工程概况…………………………. 25
4.2桩锚支护设计…………………………. 27
4.2.1支护方案设计…………………………. 27
4.2.2支护结构验算…………………………. 33
4.2.3有限元模型的建立…………………………. 35
4.3复合土钉墙支护设计…………………………. 38
5控制周边基坑支护优化设计………………………….69
5.1控制变形条件下坑支护的选取…………………………. 69
5.1.1基坑安个监测…………………………. 69
5.1.2不同支护方案变形量对比…………………………. 72
5.2 S坑支护造价的构造分析…………………………. 74
5.3基坑支护造价的影响因素分析…………………………. 76
结论
随着城市化进程的加快，高层、超髙层逑筑物数量n益堦多，基坑工裎向大深度、大面积方化发展匚成为必然趋势。然而城市土地资源有限，s坑工程的施工条件越来越苛刻，在基坑开挖过程中，不仅要满足基坑的安全，还耍控制幵挖对周围环^的影响，确保周围建（构）筑物、地下管线的安全以及周围道路的正常使川。如何对基坑进行变形控制设计，保证基坑身及周围环的安全，并对设计方案进行优化s个非常冇意义的课题。本文以北湾子胡同《院基坑支护工程为例，结合实测基坑变形数据、MIDAS-GTS数值模拟和T.程造价分析对棊坑支护结构进行变形控制优化设计，得出以下结论：
1) 北湾子胡同11号院工程变形监测项目冇基坑上口位移监测和测斜管数据监测，监测频率为3天/次。通过对芘坑上口位移监测数据的分析，发现了基坑在邻近行走道路处、长边的跨中、阳角处的变形量有^大的特征，应对这些部位进行设计加强：通过对测斜管监测数据分析，发现锚杆预应力的施加对基坑变形量冇显著的控制。
2) 对北湾子胡同II 3院进行基坑变形控制设计。本文共设计三种支护方案，分別为桩锚支护、上部土钉墙下部桩锚支护和复合上钉墙支护。支护方案除^要结合水文地质勘察报告、依据周II环境特点进行设计外，还需在变形大的部位进行加强设计，同时支护方衆需耍满足芘坑整体稳定性验算、抗倾IS稳定性验穽，复合土钉墙还耍满足土钉抗拉承载力验算。