汪東林，汪 磊，蔣曉慶

（1.安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥230601；2.安徽廣播電視大學(xué) 開放教育學(xué)院，安徽 合肥230022）

0 引 言

當(dāng)前我國地鐵建設(shè)掀起了一陣熱潮，地鐵深基坑工程不僅數(shù)量日益增加，難度也逐漸增大［1］?；釉陂_挖的過程中，隨著土體被挖出，基坑周圍土體應(yīng)力釋放，會產(chǎn)生地面沉降、圍護結(jié)構(gòu)變形、坑底隆起等現(xiàn)象，過大的變形將直接影響到周圍建筑及施工現(xiàn)場的安全［2］。緊鄰既有高速公路的深基坑施工，不僅要保證高速公路的正常運行，還涉及到路基偏壓和動荷載對于基坑開挖的影響［3］。

國內(nèi)外對于非對稱偏壓基坑研究比較少［4］，石鈺鋒，陽軍生［5］等針對列車動荷載作用的的偏壓地鐵基坑圍護結(jié)構(gòu)變形規(guī)律和內(nèi)力進行了研究；陳晨［6］研究了不同偏壓高度對基坑圍護結(jié)構(gòu)的影響。

本文以合肥地鐵一號線6#風(fēng)井深基坑為例。6#風(fēng)井深基坑開挖深度為26.22m且存在較大的路基偏壓。結(jié)合Midas數(shù)值模擬和監(jiān)測數(shù)據(jù)，重點分析路基偏壓作用下圍護樁的變形規(guī)律，并將有路基偏壓和無路基偏壓作用下的情形做出了對比，分析了路基偏壓對基坑開挖的影響，具有實際意義。

1 工程概況與地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 工程概況

6#風(fēng)井主要為三層地下結(jié)構(gòu)，局部地區(qū)為地下兩層：地下三層部分基坑開挖深度為26.22m，圍護樁采用Φ1200＠1500mm的鉆孔灌注樁，樁深45m；地下兩層結(jié)構(gòu)部分基坑開挖深度為16.92m，圍護結(jié)構(gòu)采用Φ1000＠1200mm的鉆孔灌注樁，樁深29m。合寧高速路基高于基坑開挖面5.4m。

1.2 地質(zhì)環(huán)境條件

場址范圍內(nèi)上覆有第四系全新統(tǒng)沖洪積粘土；上更新統(tǒng)沖積層粘土；中更新統(tǒng)沖積層粘土，下伏基巖為第三系粉砂巖。地層情況如下表1所述：

表1 地層參數(shù)表

2 基坑支護結(jié)構(gòu)

6#風(fēng)井深基坑采用了鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐的支護形式。豎向總共有八道支撐，第一道為混凝土支撐，第二～八道為鋼支撐?；炷林蔚某叽鐬?00mm×1000mm，混凝土等級為C30。鋼支撐直徑Φ609mm，壁厚16mm，材料為Q235鋼管。本文取偏壓側(cè)圍護樁中具有代表性的WX7測斜點的變形為研究對象，支撐安裝位置如下所示：第一道混凝土支撐安置于－0.5m處，第一道鋼支撐安置于－3.8m處，第二道鋼支撐安置于－7.0m的位置，第三道鋼支撐安置于－10m處，第四道鋼支撐安置于－13m處，第五道鋼支撐安置于－16.5m處，第六道鋼支撐安置于－19.5m處，第七道鋼支撐于－22.9m處。第一道混凝土支撐支撐在1200mm×1000mm的冠梁上。第二～八道為鋼支撐支撐在雙拼50b工字鋼上。本文研究區(qū)段開挖深度為26.22m，樁長45m，采用Φ1200＠1500的鉆孔灌注樁。支撐平面布置圖與基坑剖面圖見圖1。

3 數(shù)值模擬

3.1 計算參數(shù)

本文計算模型中土層參數(shù)是根據(jù)勘察資料獲得的，并結(jié)合土層的特性（重度、壓縮模量、粘聚力和內(nèi)摩擦角等）影響?；炷林螐椥阅Ａ咳镋＝3.0×107KN／m2，鋼支撐彈性模量取為E＝2.0×108KN／m2。

3.2 計算模型的建立

根據(jù)工程的實際情況，采用Midas有限元分析軟件開展二維數(shù)值模擬分析?；幽Ｐ烷L為200m，寬為100m。土體單元為二維平面應(yīng)變單元，圍護樁采用梁單元模擬，混凝土支撐和鋼支撐采用桁架單元模擬。數(shù)值模型如圖2所示。

3.3 模擬施工工序

模擬施工階段分為9個階段，如下所示：第1階段：施工鉆孔灌注，樁長45m，樁徑1.2m，并且施加上第一道混凝土撐，混凝土支撐的尺寸為800mm×1000mm；第2階段：開挖到5.2m處，并且在樁頂標(biāo)高以下3.8m的位置加上第一道鋼支撐；第3階段：開挖到8.4m處，并且在樁頂標(biāo)高以下7m的位置加上第二道鋼支撐；第4階段：開挖到11.4m處，并且在樁頂標(biāo)高以下10m的位置加上第三道鋼支撐；第5階段：開挖到14.9m處，并且在樁頂標(biāo)高以下13m的位置加上第四道鋼支撐；第6階段：開挖到16.92m處，并且在樁頂標(biāo)高以下16.5m的位置加上第五道鋼支撐；第7階段：開挖到21.32m處，并且在樁頂標(biāo)高以下19.5m的位置加上第六道鋼支撐；第8階段：開挖到24.92m處，并且在樁頂標(biāo)高以下22.9m的位置加上第七道鋼支撐；第9階段：開挖到基坑底部，即26.22m處。實際開挖工況見表2.

3.4 計算結(jié)果與監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本文結(jié)合6#風(fēng)井基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，著重分析基坑開挖各階段并加上相應(yīng)支撐后，WX7樁身的水平位移變化情況。以實際監(jiān)測到的WX7樁身位移曲線為主，結(jié)合Midas數(shù)值模擬程序模擬相應(yīng)階段樁身水平位移曲線，并將結(jié)果進行比對分析。

第一階段基坑開挖至－5.4m處，在開挖過程中土體的應(yīng)力得到釋放，土體向基坑內(nèi)側(cè)變形。由于第一道混凝土支撐先于開挖前施工完畢，所以圍護樁的變形呈現(xiàn)兩邊小中間大的形狀。實測數(shù)據(jù)顯示在樁頂出現(xiàn)了4.07mm的水平位移，樁頂以下11.5m處出現(xiàn)了最大的變形值5.87mm。無偏壓作用下的模擬結(jié)果顯示樁頂水平位移基本為0mm。實際監(jiān)測數(shù)據(jù)和模擬曲線見圖3。

表2 開挖工況表

第二階段開挖至－8.4m處，隨著開挖深度的不斷加深，樁體水平側(cè)移逐漸增大，實測數(shù)據(jù)顯示在樁頂以下15.5m處出現(xiàn)最大變形值為8.03mm，樁體基本呈現(xiàn)“弓形”變化。如圖4所示。

第三階段開挖至－11.4m處，隨著基坑開挖深度繼續(xù)加深，圍護樁體水平位移繼續(xù)增大。由于第二道鋼支撐未架設(shè)好便進行了第三階段的開挖，所以變形增幅較大，至2013年3月18日加完第二道鋼支撐，在距樁頂以下16m處出現(xiàn)了最大水平位移17.19mm。模擬與實測數(shù)據(jù)見下圖5。

第四階段開挖至－14.9m處，至2013年4月2日加完第三道鋼支撐，圍護樁樁頂位移達到7.36mm，在距樁頂16.5m處出現(xiàn)了最大水平位移26.89mm。模擬與實測數(shù)據(jù)見下圖6。

第五階段開挖至－16.92m處，至2013年4月23日加完第四道鋼支撐，在距樁頂17.5m處出現(xiàn)了最大水平位移41.32mm。模擬與實測數(shù)據(jù)見下圖7。

第六階段開挖至－21.32m處，基坑開挖深度進一步加深，至2013年5月11日加完第五道鋼支撐，在距樁頂18m處出現(xiàn)了最大水平位移52.88mm。模擬與實測數(shù)據(jù)見下圖8。

第七階段開挖至－24.92m處，至2013年5月17日加完第六道鋼支撐，在距樁頂18.5m處出現(xiàn)了最大水平位移55.13mm。模擬與實測數(shù)據(jù)見下圖9。

第八階段開挖至－26.22m處，即基坑開挖至坑底，圍護樁體水平位移達到最大值，至2013年5月22日加完第七道鋼支撐，實測數(shù)據(jù)顯示在距樁頂19.5m處出現(xiàn)了最大水平位移58.02mm。有偏壓作用下數(shù)值模擬結(jié)果顯示樁頂位移達到最大值10.02mm，無偏壓作用下的數(shù)值模擬結(jié)果顯示樁頂位移基本未變，兩者差別很大。無偏壓作用下的數(shù)值模擬結(jié)果顯示樁體最大水平位移出現(xiàn)在距離樁頂19.64m處，最大水平位移為39.78mm，而有偏壓作用下數(shù)值模擬結(jié)果顯示樁體最大水平位移出現(xiàn)在距離樁頂19.20m處，最大水平位移為51.34mm，兩者相差12mm。模擬與實測數(shù)據(jù)見下圖10。

綜合上述監(jiān)測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果分析：

1.本工程條件下各階段開挖最大水平位移均發(fā)生在樁頂以下12m～19m的位置；

2.圍護樁體的變形均呈現(xiàn)“弓形”，與其它工程相類似；

3.模擬結(jié)果顯示，有偏壓作用下的變形與無偏壓作用下的變形相比相差很大，不可忽略，但變形規(guī)律基本相似，最大水平位移產(chǎn)生的部位也很接近。本工程中有偏壓作用和無偏壓作用下的模擬結(jié)果相比，樁頂發(fā)生了10mm左右的水平位移，最大水平位移相差約12mm。

4 結(jié)論與展望

本文以某地鐵6#風(fēng)井深基坑為研究對象，采用Midas模擬與現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法，分析了不同開挖過程圍護樁的變形規(guī)律以及路基偏壓對于圍護樁體位移的影響，得到下列結(jié)論。

1.圍護樁體的變形規(guī)律基本呈現(xiàn)“弓形”變化，隨著開挖深度的不斷增加，圍護樁體的最大水平位移逐漸增大，同時最大水平位移的位置也不斷下移。本工程最大水平位移發(fā)生在基坑開挖深度的2／4～3／4位置。

2.基坑開挖過程中，有偏壓作用下的圍護樁樁頂位移相對于無偏壓作用下的圍護樁頂位移會有明顯的增大，同時樁體最大水平位移也呈現(xiàn)較大的增長趨勢，不可忽略。

3.通過以上變形曲線可以看出，本工程的實測數(shù)據(jù)大于軟件模擬的數(shù)據(jù)，這主要是由于施工過程的不定性，例如支撐架設(shè)的不及時、局部超挖、支撐的預(yù)應(yīng)力損失等原因。我們可以利用實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進一步反算設(shè)計參數(shù)，讓設(shè)計結(jié)果更加趨于實際情況。

4.接下來可以研究樁體嵌固深度以及路基遠(yuǎn)近對于基坑開挖樁體變形規(guī)律的影響，進一步優(yōu)化設(shè)計。

1 黃山.廣州地鐵九號線高增站深基坑數(shù)值分析與研究［D］.廣州：廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，2011.

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3 石鈺峰，寧銳，張學(xué)民，等.列車動載影響下偏壓地鐵基坑穩(wěn)定性分析［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2009（12）：96－98.

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