付 強(qiáng)， 劉志明， 朱永全， 朱正國(guó)

(1．中鐵中土澳門(mén)公司，澳門(mén);2．中國(guó)土木工程集團(tuán)有限公司，北京 100038;3．石家莊鐵道大學(xué) 土木工程學(xué)院，河北 石家莊 050043)

1 工程概述

凼仔成都街地下停車(chē)場(chǎng)及公園建造工程位于澳門(mén)特別行政區(qū)成都街、基馬拉斯大馬路、哥英布拉街、廣東大馬路圍合地塊內(nèi)，地面為公園，地下為二層停車(chē)庫(kù)，無(wú)梁樓蓋體系?；丨h(huán)境總平面圖見(jiàn)圖1。

基坑面積約為26 019 m2，其中中心島順筑面積為9 800 m2，逆筑面積為13 870 m2，基坑開(kāi)挖深度約為9．8 m。

圖1 周邊環(huán)境總平面圖

根據(jù)工程探土報(bào)告，本場(chǎng)地地基土層自上而下依次分為:吹填砂層、淤泥層、淤泥質(zhì)(粉質(zhì))黏土層、砂層、巖層。地下水穩(wěn)定水位深度為1．5 ～2．0 m，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)地下水位取為1．5 m。土層物理力學(xué)特性指標(biāo)見(jiàn)表1。

工程采用中心島順作—周邊頂板結(jié)構(gòu)環(huán)板逆作的圍護(hù)設(shè)計(jì)方案。將基坑分成中部順作區(qū)和周邊逆作區(qū)兩部分，基坑外側(cè)淺層卸土放坡，坑外側(cè)淺層采用卸土放坡，卸土高度為2．5 m，在坑外卸土放坡坡底設(shè)置輕型井點(diǎn)降水;基坑深層采用Φ850 型鋼水泥土攪拌墻(SMW 工法)作為圍護(hù)體，墻頂落低至地面下1．47 m;基坑內(nèi)側(cè)土方開(kāi)挖至頂板結(jié)構(gòu)底標(biāo)高，首先施工周邊逆作區(qū)頂板結(jié)構(gòu)環(huán)板，形成環(huán)狀支撐，然后在基坑周邊留土，并采用多級(jí)放坡使中心島區(qū)域開(kāi)挖至基底;在中心島結(jié)構(gòu)向上順作施工并與周邊頂板結(jié)構(gòu)環(huán)板貫通后，再以結(jié)構(gòu)梁板作為水平支撐，逆作施工周邊留土放坡區(qū)域。

表1 土層物理力學(xué)特性指標(biāo)

2 周邊頂環(huán)板合理寬度分析

考慮環(huán)板寬度10 m、15 m、20 m 三種，優(yōu)化周邊頂環(huán)板寬度。只要能保證基坑變形及穩(wěn)定，環(huán)板寬度越小越好，越有利于出土。

澳門(mén)凼仔地下停車(chē)場(chǎng)基坑平面尺寸94 ×270 m2，開(kāi)挖深度為9．8 m，考慮到邊界條件的問(wèn)題，模型選取范圍為寬度×長(zhǎng)度為400 m×800 m，模型的開(kāi)挖方向(豎向)為30 m。采用中心島開(kāi)挖結(jié)合周邊逆筑法施工，中心島采用放坡開(kāi)挖，逆筑區(qū)域預(yù)留土臺(tái)兼做圍護(hù)支撐體，施工時(shí)各層樓板兼做內(nèi)支撐。

本工程在中心島施工過(guò)程中，周邊采用頂板結(jié)構(gòu)環(huán)板和被動(dòng)區(qū)留土共同約束地下連續(xù)墻的位移。一方面，從工程經(jīng)濟(jì)性和加快整體施工速度角度出發(fā)，應(yīng)盡量將中心島面積擴(kuò)大;另一方面，考慮安全性和變形控制要求，周邊頂板環(huán)板和被動(dòng)區(qū)留土必須要有足夠的寬度，才能有足夠的剛度和抗力來(lái)控制墻體的變形，因此周邊頂環(huán)板寬度和被動(dòng)區(qū)留土寬度需考慮兩方面因素，并通過(guò)整體計(jì)算分析確定。

本工程經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算分析，為了確定周邊頂層結(jié)構(gòu)環(huán)板寬度，模型分別計(jì)算頂層結(jié)構(gòu)環(huán)板寬度為10 m、15 m、20 m 等三種工況。

3 計(jì)算模型

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用用Flac3d 中的實(shí)體單元進(jìn)行模擬、水平結(jié)構(gòu)梁板用shell 單元模擬、樁用pile 單元模擬。模型的邊界條件確定:地基底部約束豎向和水平位移，左右兩邊約束水平位移;三維有限元模型節(jié)點(diǎn)有412 672 個(gè)，單元有381 915 個(gè)，基坑局部模型俯視圖見(jiàn)圖2。

土體模型采用Mohr-Coulomb 模型。土層參數(shù)根據(jù)勘察報(bào)告提供的土體參數(shù):重度、凝聚力、摩擦角等。結(jié)構(gòu)與構(gòu)件計(jì)算參數(shù)數(shù)見(jiàn)表2。

表2 結(jié)構(gòu)與構(gòu)件計(jì)算參數(shù)

SMW 工法中型鋼在計(jì)算模擬時(shí)根據(jù)面積等效原理來(lái)提高圍護(hù)體的彈性模量;計(jì)算公式如下

式中，E 為折算后噴射混凝土彈性模量;E0為原混凝土彈性模量;Sg為鋼拱架截面積;Eg為鋼材彈性模量;Sc為噴射混凝土截面積。

為了真實(shí)模擬基坑開(kāi)挖工況過(guò)程，計(jì)算模擬分析過(guò)程盡量與實(shí)際施工過(guò)程一致，根據(jù)設(shè)計(jì)方案的工況，結(jié)合數(shù)值分析的需要，將整個(gè)分析過(guò)程分為23 個(gè)步驟，分別為:計(jì)算土在自重作用下的應(yīng)力場(chǎng)，并消除初始位移;放坡開(kāi)挖1．5 m;基坑外圍圍護(hù)樁墻施工;逆筑區(qū)頂板施工;中立柱施工;開(kāi)挖中心島第一層;開(kāi)挖中心島第二層;開(kāi)挖中心島第三層;開(kāi)挖中心島第四層;中心島區(qū)底板澆筑;中立柱施工;中心島區(qū)中板澆筑;中立柱施工;中心島區(qū)頂板澆筑，頂板封閉;逆筑區(qū)開(kāi)挖一層;邊墻施工;逆筑區(qū)開(kāi)挖二層;邊墻施工;逆筑區(qū)中板施工;逆筑區(qū)開(kāi)挖三層;邊墻墻施工;逆筑區(qū)開(kāi)挖四層;邊墻墻施工;逆筑區(qū)底板施工。

在計(jì)算中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的基坑檢測(cè)方案進(jìn)行布置的，各類(lèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖3。檢測(cè)項(xiàng)目主要分為，基坑水平方向的變形。

4 結(jié)果分析

圖2 基坑局部圖

圖3 基坑及逆作結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

4．1 基坑水平位移對(duì)比

基坑的變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)有基坑周?chē)諗孔冃伪O(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中W7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移量較大，只給出環(huán)板寬度為10 m、15 m、20 m 情況下W7 測(cè)點(diǎn)的水平位移隨開(kāi)挖步關(guān)系曲線(xiàn)，其余各環(huán)板寬度的各測(cè)點(diǎn)的水平位移最終值見(jiàn)表3。

表3 三種環(huán)板寬度基坑變形對(duì)比 mm

從圖4 及表3 知，各邊中間位置測(cè)點(diǎn)變形較大，各測(cè)點(diǎn)變形隨著中心島開(kāi)挖水平位移變化較快，當(dāng)中心島頂層梁板施工完成，與周邊逆筑區(qū)頂層環(huán)板形成整體后，后續(xù)施工引起的基坑周邊水平位移變化較小;環(huán)板寬度為15 m 和10 m 兩種工況基坑周邊水平位移相差不明顯，而環(huán)板寬度為20 m 的基坑變形比環(huán)板寬度為15 m 和10 m 的基坑變形小得多，說(shuō)明周邊環(huán)板寬度為20 m時(shí)對(duì)基坑周邊水平方向變形控制效果較好。

圖4 各環(huán)板寬度情況W7 測(cè)點(diǎn)變形圖

4．2 圍護(hù)樁墻主應(yīng)力對(duì)比

周邊環(huán)板寬度為10 m、15 m、20 m 時(shí)圍護(hù)樁墻最大和最小主應(yīng)力值見(jiàn)表4。

表4 三種環(huán)板寬度時(shí)圍護(hù)樁墻主應(yīng)力對(duì)比 MPa

由計(jì)算結(jié)果及表4 知，圍護(hù)樁墻的最大拉應(yīng)力主要分布在基坑的四個(gè)直角處，最大壓應(yīng)力主要分布在基坑長(zhǎng)邊中間的位置，并且當(dāng)環(huán)板寬度為20 m 時(shí)最大拉、壓應(yīng)力明顯小于其它兩種情況，且滿(mǎn)足有關(guān)規(guī)范安全要求。

5 結(jié)論

(1)寬大基坑采用周邊逆作、中心島放坡開(kāi)挖，逆筑區(qū)域預(yù)留土臺(tái)兼做圍護(hù)支撐體，施工時(shí)各層樓板兼做內(nèi)支撐。該方案減小了周邊放坡高度，在中心島施工過(guò)程利用周邊結(jié)構(gòu)環(huán)板剛度和周邊留土共同約束圍護(hù)墻位移，以控制基坑變形，保護(hù)周邊環(huán)境。

(2)基坑各邊中間位置變形較大，變形隨著中心島開(kāi)挖變化較快，當(dāng)中心島頂層梁板施工完成，與周邊逆筑區(qū)頂層環(huán)板形成整體后，后續(xù)施工引起的基坑周邊水平位移變化較小。

(3)為了確定周邊頂層結(jié)構(gòu)環(huán)板寬度，分別計(jì)算了頂層結(jié)構(gòu)環(huán)板寬度為10 m、15 m、20 m 三種工況。環(huán)板寬度為15 m 和10 m 兩種工況基坑周邊水平位移相差不明顯，而環(huán)板寬度為20 m 的基坑變形小得多，且當(dāng)環(huán)板寬度為20 m 時(shí)最大拉、壓應(yīng)力明顯小于其它兩種情況，且滿(mǎn)足有關(guān)規(guī)范安全要求。因此，為控制基坑變形和逆作結(jié)構(gòu)施工方便，建議逆作結(jié)構(gòu)周邊環(huán)板寬度為20 m。

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