楊圣春,孫海楓

(1.內(nèi)蒙古科技大學,內(nèi)蒙古包頭 014010;2.中鐵西南科學研究院有限公司,四川成都 610031)

海積淤泥地層深基坑支護結構水平位移的數(shù)值分析與監(jiān)測研究

楊圣春1,孫海楓2

(1.內(nèi)蒙古科技大學,內(nèi)蒙古包頭 014010;2.中鐵西南科學研究院有限公司,四川成都 610031)

通過數(shù)值分析與現(xiàn)場監(jiān)測兩種方式,對深圳地鐵前海灣區(qū)交通樞紐工程深基坑圍護樁體的水平位移進行了研究。研究結果表明:施工過程中樁體水平變形值不大,但樁頂會出現(xiàn)偏離基坑的水平位移,從而造成第一層鋼支撐軸力降為零,并容易引起鋼支撐的脫落。

海積淤泥; 深基坑; 位移; 數(shù)值分析; 現(xiàn)場監(jiān)測

1 工程概述

研究工程為深圳地鐵前海灣地區(qū)交通樞紐工程的施工深基坑(深度約17.2m),區(qū)域內(nèi)廣泛分布有3～10m厚的海積淤泥及淤泥質(zhì)軟土,局部還有泥炭和泥炭質(zhì)土?；娱_挖范圍內(nèi)地層從上至下依次為:第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4 m L)、第四系全新統(tǒng)海積層(Q4m)、第四系全新統(tǒng)海沖積層(Q4m+al)、殘積層(Qel)、燕山期花崗巖(γ53)。該地層結構比較松散,自穩(wěn)性差,透水性強,施工中易發(fā)生坍塌、涌水、涌砂、變形、失穩(wěn)等現(xiàn)象。

基坑支護采用直徑1 200mm、間距 1 000mm沖孔樁加內(nèi)鋼管支撐形式,鉆孔樁樁間用直徑 600mm高壓旋噴樁作為止水帷幕。鉆孔灌注樁樁頂設 1 200 mm×1 000mm冠梁。主體結構標準段的豎向支撐由上到下共水平設置四道直徑600mm(t=16mm)鋼支撐,如圖1所示,深度距地表依次為1.8m、6.3m、5.7m、3.34m。

圖1 基坑支護結構平面布置

2 數(shù)值模擬分析

數(shù)值分析軟件選用FLAC3D,數(shù)值分析模型的建立依據(jù)實際結構形式,由實體單元模擬,采用彈性模型,彈性模量 E取為3e10 Pa,泊松比0.3,密度2 500 kg/m3。為更好的模擬樁土之間的相互作用情況,方便樁身位移的提取,沖孔樁用Pile單元模擬,旋噴止水樁由實體單元模擬,四道水平鋼支撐及圈梁用beam單元模擬,如圖2所示。考慮到鋼支撐的實際情況,偏于安全的將水平鋼支撐的約束形式設定為雙向鉸接,以更準確的模擬鋼支撐的受力。

圖2 Flac3D中圍護支撐結構模擬

圖3 樁體水平位移曲線(數(shù)值計算)

圖 3為樁體水平位移的數(shù)值分析曲線圖,結果顯示:隨著基坑的持續(xù)開挖,最大水平位移位置逐漸向下移動,最終停留在15m左右位置;樁體最大水平位移值在前三層逐漸加大,第三層開挖達到最大值后,第四步時最大位移值比第三步縮小2.5 mm左右,這是由于隨著開挖深度的增加基坑開挖卸荷對深層土體的擾動逐漸增加,從而導致樁體底部產(chǎn)生偏向基坑內(nèi)側的移動,這種趨勢會隨著開挖深度的增加而愈加強烈;第一層鋼支撐出現(xiàn)受拉現(xiàn)象。

3 現(xiàn)場監(jiān)測

基坑圍護結構水平位移的監(jiān)測采用北京航天三十三所制造的CX 3型測斜儀及讀數(shù)儀進行,測量精度為0.1mm。

按對基坑工程控制變形的要求在基坑支護結構土體埋設17根測斜管,編號為CX1～CX17。

監(jiān)測時將儀器探頭沿測斜管內(nèi)十字定向?qū)Р鄯胖凉艿?樁底),從底往頂每0.5m測讀一次數(shù)據(jù),得到每0.5 m的偏斜量;在基坑施工過程中把每次測量值與初值比較,即可得出樁(土)體不同深度處的位移量(測斜管底端埋設在基坑底,管底認為是不動的)。

為了保證測量精度,基坑開挖前測讀兩次初始數(shù)據(jù)。圍護結構施工期間、基坑開挖期間一般每三天觀測一次,基坑開挖至底部且變形穩(wěn)定后每七天觀測一次。

17組測斜管的數(shù)據(jù)比較接近,研究過程中選擇了 CX 17號測斜管監(jiān)測數(shù)據(jù)與FLAC3D數(shù)值計算結果進行對比研究。CX17號監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖 4所示。

圖4 CX 17號樁體水平位移曲線(監(jiān)測值)

4 結 論

根據(jù)數(shù)值計算和現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)對比可知:施工過程中樁體水平變形值不大,但樁頂會出現(xiàn)偏離基坑的水平位移,從而造成第一層鋼支撐軸力降為零,并容易引起鋼支撐的脫落,因此在施工中應予以充分的關注,以免造成事故。

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TU433

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2010-03-15

楊圣春(1978～),碩士,講師。