王慕元

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

0 引言

隨著城市的發(fā)展，建筑物越來越密集，臨近建筑的施工，特別是大型深基坑的開挖對周邊既存建筑物的影響，越來越受到設(shè)計者及科研學者的重視，本文采用數(shù)值模擬的方法，通過對成都某基坑工程的降水方案研究，分析了在考慮坑內(nèi)及坑外不同降水方式的情況下周邊建筑的變形情況，為相關(guān)工程的設(shè)計及施工提供參考。

1 模型的建立

1.1 工程概況

成都某新建辦公樓位于成都市兩條環(huán)路交匯處，用地面積15314m2，主體工程總建筑面積59120m2，擬建地上6層、地下2層，建筑高度58m，最大挖深約15m。建筑物地下部分南北向基坑長103m，東西向基坑寬64m(見圖1)。

基坑東邊為辦公大樓，基坑圍護邊緣與辦公大樓邊緣的距離為30m，北邊緊鄰4層職工住宅樓，由于距基坑較遠，本文不做分析。

由于成都地區(qū)卵石層較厚，在周邊環(huán)境允許的情況下，深基坑支護多采用人工挖孔樁配合錨索的方案。該方法在成都地區(qū)應用較多，技術(shù)成熟，不需設(shè)置止水帷幕，經(jīng)濟性較好。但是降水對周邊環(huán)境影響卻較大，降水帶來的水土流失易引起地面及其毗鄰建筑物的沉降，且影響范圍大。因此，周邊環(huán)境對基坑工程采用何種降水方案有一定的影響。

1.2 工程地質(zhì)情況

各土層物理力學指標見表1。

表1 土層地質(zhì)參數(shù)

1.3 計算模型

根據(jù)文獻研究的成果，并綜合考慮計算模型的單元數(shù)量、計算速度和工程實際情況，模型邊界長邊方向采用至少3倍的開挖深度，在豎直方向上的距離采用約3倍的開挖深度。最終模型的尺寸為270m×40m(長×寬)。模型邊界兩側(cè)施加水平方向的約束，底部施加豎直方向的約束。計算模型圖見圖2。

1.4 施工工序

施工工序見表2。

表2 工序步驟

1.5 基本計算假定

1)在計算中考慮降水引起的水壓變化，通過水位線的變化來實現(xiàn);2)既有建筑物的模擬通過剛性地基上施加豎向荷載模擬，豎向荷載大小為80kPa;3)咬合排樁直徑為1.2m，近似為1.2m的地連墻，采用板單元(2維)模擬;4)土體采用摩爾庫侖模型。

2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

2.1 坑內(nèi)降水與坑外降水對比

通過圖3～圖5排樁的水平位移情況可以看出，坑內(nèi)降水與坑外降水導致排樁整體的變形趨勢相同，但坑內(nèi)降水導致排樁向坑內(nèi)方向的水平最大位移值為10mm，而坑外降水方案水平位移值則為6mm，坑內(nèi)降水對基坑的整體安全性更為不利。由圖4排樁的彎矩受力情況可以看出，坑外降水引起排樁的彎矩值稍大于坑內(nèi)降水，而從圖5中可以看出，兩種情況下，排樁的受剪情況大致相同。

2.2 基坑周邊建筑的沉降分析

基坑開挖至坑底后，坑外降水方案導致基坑底部土體最大回彈量為24mm，而引起毗鄰建筑物邊界處的最大沉降值則為16mm;基坑開挖至坑底后，坑內(nèi)降水方案導致基坑底部土體最大回彈量為30mm，而引起毗鄰建筑物邊界處的最大沉降值則為7mm。

通過對比可以看出，同坑外降水方案相比，采用坑內(nèi)降水方案能減少一半的豎向沉降，對毗鄰建筑影響更小，更有利于既存建筑物的安全。由此可見，對于本工程而言，若采用坑外降水，極易造成周邊建筑物的不均勻沉降，尤其是基坑東側(cè)的辦公大樓。若該結(jié)構(gòu)整體剛度差，則存在很大的風險，更加不適應坑外降水。因此，本工程中采用了坑內(nèi)降水。

3 結(jié)語

通過坑內(nèi)降水與坑外降水的對比分析，得出了在大開挖基坑工程中，基坑在坑內(nèi)降水方案下，排樁圍護體的水平位移會有增大，相比之下，坑外降水方案更有利于基坑整體的安全。在有毗鄰建筑物的情況下，坑外降水方案會使毗鄰建筑受影響程度更加明顯，通過研究發(fā)現(xiàn)，采用不同的降水方案，毗鄰建筑邊界處的豎向沉降值會有一倍的差距。因此，對于相同情況下的基坑工程中，合理選擇降水方案，能有效減小對毗鄰建筑物的影響，本文提供了較大的參考借鑒意義。

[1]趙錫宏，楊國祥.大型超深基坑工程實踐與理論[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1996.

[2]唐孟雄，趙錫宏.基坑開挖擋土墻的有限元模型[J].同濟大學學報(自然科學版)，1998，26(5):516.

[3]孫蓉琳.數(shù)值模擬技術(shù)在基坑降水中的應用[J].巖石力學與工程學報，2003，22(S1):2333-2337.

[4]張永波，孫新忠.基坑降水設(shè)計工程[M].北京:地震出版社，2000.

[5]王翠英，王家陽.深基坑降水中不同的地質(zhì)模型有限元應用研究[J].巖土力學，2007，28(6):1259-1264.