阮泳華

(上海上咨建設(shè)工程咨詢有限公司，上海 200003)

0 引言

隨著上海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速增長，地下空間的利用越來越受到重視，帶動的深基坑開挖工程也迅速增多，新建工程往往距周邊建筑非常近，基坑開挖引起周圍地表沉降、對臨近建筑的影響也越來越受到重視。

本文以上海某深基坑工程為例，借助專業(yè)巖土有限元分析軟件ZSoil建立數(shù)值計算模型，對基坑開挖施工過程進(jìn)行動態(tài)數(shù)值模擬預(yù)測。通過模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)的分析比較，總結(jié)了采用SMW工法樁進(jìn)行基坑維護(hù)設(shè)計的深基坑在施工中支護(hù)結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力規(guī)律。

1 工程概況與工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

本工程基坑面積約為4400m2，普遍開挖深度約10m?；又苓叚h(huán)境條件較為復(fù)雜，基地四周主要鄰近高架下匝道結(jié)構(gòu)，保護(hù)難度以及重要性均較高，其平面圖如圖1所示。

基坑安全等級為二級，采用明挖順作法施工，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ850@600三軸水泥攪拌樁內(nèi)插H700×300×13×24型鋼，基坑豎向設(shè)置兩道鋼管支撐。

1.2 工程地質(zhì)資料

該基坑所處區(qū)域?qū)贋I海平原地貌，根據(jù)地質(zhì)勘察報告，在基坑開挖深度及影響范圍內(nèi)，各主要土層物理力學(xué)指標(biāo)及計算參數(shù)如表1所示。

表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)及計算參數(shù)

1.3 基坑圍護(hù)方案

結(jié)合上海地區(qū)工程經(jīng)驗、場地工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境條件，本基坑工程的圍護(hù)方案如下:

擋土體系采用φ850@600三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插H700×300×13×24型鋼，普遍區(qū)域H型鋼插二跳一，并插入基底下12.5m，型鋼有效長度22.5m，φ850@600三軸水泥土攪拌樁水泥摻量均為20%，采用套接一孔法施工。另外，基坑內(nèi)設(shè)置兩道鋼支撐，第一道支撐采用單鋼管支撐，采用φ609×16鋼管，Q235B鋼，第二道支撐中心線位于地表下5.8m，采用雙拼φ609×16鋼管，并設(shè)置雙拼 H700×300×13×24型鋼圍檁。

具體圍護(hù)形式見圖2。

2 數(shù)值計算模型介紹及參數(shù)說明

2.1 工況定義及參數(shù)說明

本次模擬計算以高架為主要研究對象，對如圖1所示的工程原型進(jìn)行簡化，建立平面有限元分析模型，計算斷面的支撐布置和土層分布等如圖2所示。

2.2 計算模型及材料參數(shù)

1)材料參數(shù)。

土體本構(gòu)模型采用小應(yīng)變硬化土(HSS)模型。該模型由Schanz(1998)和 Schanz等(1999)在 Vermeer(1978)的硬化土(HS)模型的基礎(chǔ)上，考慮了土體小應(yīng)變剛度的特性，加以改進(jìn)而獲得，具體參數(shù)如表1所示。

2)單元選擇。

計算過程中土體采用四節(jié)點(diǎn)等參單元，圍護(hù)墻體采用梁單元，支撐采用二力桿單元模擬。

2.3 計算模型及工況設(shè)置

模擬中所采用的計算工況參見實際施工工況，計算時，為模擬基坑開挖，通過匹配被開挖土體的卸載函數(shù)與堆土的加載函數(shù)實現(xiàn)。

3 計算結(jié)果及分析

3.1 基坑變形分析

計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)對比如圖3所示，基坑開挖第二層土體時，水平位移計算最大值為21.9mm，實測最大值為24.6mm;基坑開挖至坑底時，水平位移計算最大值為36.3mm，距地面距離為9.7m，實測最大值為39.4mm，距地面距離為9.5m，計算值與實測值誤差不超過10%，計算結(jié)果表明:考慮土體小應(yīng)變剛度特性的HSS模型能夠更好地模擬基坑實際變形情況。

3.2 基坑開挖對高架的影響

高架匝道側(cè)的基坑開挖地表沉降曲線如圖4所示，從基坑開挖地表沉降曲線可以看出，地表最大沉降量28.1mm，距基坑邊約3.1m，基坑開挖的有效范圍約12m，與基坑到高架匝道基礎(chǔ)的距離基本接近，數(shù)值計算結(jié)果高架匝道沉降最大約0.04mm，最大側(cè)移約0.06mm，實測結(jié)果為0.07mm。從計算結(jié)果可以看出，雖然高架匝道距離基坑邊較近，但由于高架采用樁基礎(chǔ)，樁基進(jìn)入持力層較深，基坑開挖對高架沉降變形較小。

4 結(jié)語

本文通過對上海某基坑抽象出的計算模型，采用HSS模型對其進(jìn)行數(shù)值分析，計算結(jié)果表明:采用小應(yīng)變模型能較好的模擬基坑開挖的變形特性以及基坑開挖對高架變形的影響，對實際工程有一定的參考價值。

[1]董月英.深基坑開挖對周邊環(huán)境影響的有限元分析[J].西部探礦工程，2008(3):1-3.

[2]褚 峰，李永盛，梁發(fā)云，等.土體小應(yīng)變條件下緊鄰地鐵樞紐的超深基坑變形特性數(shù)值分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2010(S1):28-31.