龍鵬

摘要：本文通過工程實(shí)例，對(duì)幾種常用的基坑設(shè)計(jì)計(jì)算軟件的結(jié)果進(jìn)行了比較分析，供設(shè)計(jì)同行參考。

關(guān)鍵詞：基坑；理正深基坑；Frws；Plaxis

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，工程建設(shè)領(lǐng)域的深基坑工程越來越普遍。在目前階段的深基坑設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)計(jì)人員一般按照單元平面問題考慮，最常用的是增量法（m法），常用的計(jì)算軟件有理正深基坑、同濟(jì)啟明星Frws等。當(dāng)基坑較為復(fù)雜時(shí)，我們采用Midas gts，Plaxis，Ansys，F(xiàn)lac等有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，作為常規(guī)計(jì)算軟件的校核和補(bǔ)充。本文通過工程實(shí)例，對(duì)我們深基坑設(shè)計(jì)中常用的理正深基坑、Frws、Plaxis三種設(shè)計(jì)軟件的計(jì)算結(jié)果加以分析比較，得出一些結(jié)論，供設(shè)計(jì)同行參考。

1 工程概況

某水池基坑工程，基坑寬20m，開挖深度12m?；又ёo(hù)采用地下連續(xù)墻+3道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，地連墻接頭處設(shè)旋噴樁止水。地下連續(xù)墻厚800mm，墻深20m，3道鋼筋混凝土內(nèi)支撐構(gòu)件截面寬600mm，高800mm，分別位于地面以下1m，5m和9m處，支撐平面間距5m。地下連續(xù)墻及內(nèi)支撐均采用C30混凝土，容重25kN/m3，彈性模量E=3×104MPa，泊松比ν=0.2。

根據(jù)詳勘報(bào)告，擬建場(chǎng)地地貌類型為濱海平原，地勢(shì)較為平坦，地下土層分布大致穩(wěn)定，地層分布自上而下為：○11雜填土、②1粉質(zhì)粘土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土厚、⑤1粘土、⑥粉質(zhì)粘土、⑦1砂質(zhì)粉土等，地下水埋深1m。各土層計(jì)算參數(shù)接下來，我們將分別采用理正深基坑、Frws、Plaxis三種計(jì)算軟件對(duì)該基坑支護(hù)進(jìn)行計(jì)算分析。

2 理正深基坑計(jì)算結(jié)果

理正深基坑是我們基坑設(shè)計(jì)中最常用的計(jì)算軟件，該軟件界面友好，使用簡(jiǎn)單，適用支護(hù)類型較廣，且提供國(guó)家及多個(gè)地方規(guī)程作為可供選擇的計(jì)算依據(jù)，計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)單明確，能較好的與規(guī)范銜接。工程實(shí)例計(jì)算結(jié)果。

3 FRWS計(jì)算結(jié)果

同濟(jì)啟明星深基坑支護(hù)計(jì)算軟件Frws也是我們基坑設(shè)計(jì)中常用的計(jì)算軟件之一，特別是在上海地區(qū)的設(shè)計(jì)院，該軟件應(yīng)用非常廣泛，其界面友好，適用多種支護(hù)型式，使用簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)單明確且考慮了國(guó)家和上海市規(guī)范，工程實(shí)例計(jì)算結(jié)果。

4 Plaxis2D計(jì)算結(jié)果

Plaxis2D是由荷蘭公司開發(fā)的專門用于分析巖土工程變形和穩(wěn)定性的大型有限元計(jì)算程序。該程序計(jì)算功能強(qiáng)大，能自動(dòng)劃分網(wǎng)格，可模擬分析線彈性、理想彈塑性、軟土模型、硬化模型和軟土流變模型等復(fù)雜本構(gòu)模型的土體，還可模擬施工步驟進(jìn)行多步計(jì)算。

針對(duì)工程實(shí)例，根據(jù)對(duì)稱性選取一半作為研究對(duì)象，有限元計(jì)算模型寬取50m（其中10m寬為開挖寬度的一半），高取30m。采用平面應(yīng)變有限元模擬基坑的開挖過程，巖土體采用15節(jié)點(diǎn)三角形平面單元，土體材料模型采用摩爾庫(kù)倫（Mohr-Coulomb）模型，地下連續(xù)墻和內(nèi)支撐均采用線彈性模型，其中地下連續(xù)墻采用板單元模擬，內(nèi)支撐采用錨錠桿模擬，通過界面強(qiáng)度折減因子Rinter考慮結(jié)構(gòu)與其相鄰巖土之間的粘聚力和內(nèi)摩擦角。模型的底部邊界施加完全固定約束，左、右側(cè)施加水平約束邊界條件。計(jì)算模型見圖5，考慮坑邊20m范圍超載2t/m2。建立幾何模型后，即可生成有限元網(wǎng)格，Plaxis具有完全自動(dòng)有限元網(wǎng)格劃分功能，網(wǎng)格劃分精度選擇中等粗糙度，同時(shí)人工對(duì)地下連續(xù)墻靠近坑底部分進(jìn)行加密處理。

為了分析模擬地下水對(duì)支護(hù)內(nèi)力及變形的影響，現(xiàn)建立兩組模型，分別模擬存在地下水和不存在地下水的情況，當(dāng)考慮地下水影響時(shí)，模型底邊線設(shè)為封閉的滲流邊界，并分步考慮基坑開挖時(shí)坑內(nèi)降水、坑外水頭差下的地下水滲流影響，計(jì)算結(jié)果所示。

當(dāng)不考慮地下水影響時(shí)，靜水壓力線設(shè)為模型底邊線，并把地下水以下的土體容重設(shè)為飽和容重。

5 計(jì)算結(jié)果分析比較

該基坑工程現(xiàn)已完成，施工過程中對(duì)支護(hù)變形、地面沉降及支護(hù)內(nèi)力等進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，表2匯總了上述軟件的計(jì)算結(jié)果和施工實(shí)測(cè)值。

可以看出：

（1）地連墻內(nèi)力：理正深基坑、Frws與Plaxis（考慮地下水）三者的計(jì)算值較為接近，且與施工實(shí)測(cè)值相差較小，考慮到規(guī)范要求的內(nèi)力放大安全系數(shù)1.25，上述三種軟件計(jì)算值均可滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）地連墻變形及地表沉降：理正深基坑、Frws 與Plaxis（不考慮地下水）三者計(jì)算出的支護(hù)變形較為接近，且與施工實(shí)測(cè)值相差不大，特別是Plaxis（不考慮地下水）的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值非常接近，可作為基坑設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)估變形的重要參考。

（3）Plaxis（考慮地下水）計(jì)算出的支護(hù)變形和地面沉降均較實(shí)測(cè)值偏大較多。

6 結(jié)語

通過上述計(jì)算及比較分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）一般基坑設(shè)計(jì)時(shí)，可采用理正深基坑或Frws的計(jì)算內(nèi)力設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)，但二者計(jì)算的預(yù)估變形值均稍偏小。

（2）采用Plaxis數(shù)值計(jì)算時(shí)，考慮地下水比不考慮地下水作用，支護(hù)內(nèi)力和變形均偏大。Plaxis考慮地下水時(shí)計(jì)算的支護(hù)內(nèi)力可作為支護(hù)設(shè)計(jì)的依據(jù)。

（3）由于該場(chǎng)地土屬軟土地區(qū)，土體滲透性較差，采用Plaxis計(jì)算支護(hù)變形時(shí)，不考慮地下水（即考慮水土合算）比考慮地下水（即考慮水土分算）更準(zhǔn)確，但要把地下水以下的土體容重設(shè)為飽和容重。對(duì)于滲透性較好的砂性土層等，由于篇幅限制，本文未加分析。

（4）上述Plaxis數(shù)值分析采用摩爾庫(kù)倫模型，其中的楊氏模量E在一般的地勘報(bào)告中是不提供的，本次分析是采用壓縮模量的5倍取值，供設(shè)計(jì)同行參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉國(guó)彬 王衛(wèi)東 主編《基坑工程手冊(cè)》（第二版）中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009年11月

[2]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JGJ120-2012）中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012 北京