文/王林 中交隧道工程局有限公司 江蘇南京 210000

深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形分析

文/王林 中交隧道工程局有限公司 江蘇南京 210000

為對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形展開(kāi)分析，本文對(duì)南京市緯三路過(guò)江通道工程江北明挖段基坑監(jiān)測(cè)資料展開(kāi)了分析，發(fā)現(xiàn)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平方向最大變形位于開(kāi)挖斷面附近，基本符合工程經(jīng)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，則對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)值展開(kāi)了模擬分析，發(fā)現(xiàn)可以根據(jù)設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度完成水平位移最大側(cè)移值的預(yù)測(cè)。

深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)；水平位移；變形分析

隨著城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，在大城市進(jìn)行深基坑開(kāi)挖也將遭遇更多的管道線路和密集的建筑物。而一旦深基坑開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)較大變形，就可能導(dǎo)致周圍建筑物的安全遭受威脅。所以就目前來(lái)看，深基坑變形控制問(wèn)題引起了人們的關(guān)注。因此，相關(guān)人員還應(yīng)加強(qiáng)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形問(wèn)題的研究，以便利用獲得的變形規(guī)律實(shí)現(xiàn)深基坑變形控制。

1、工程概況

南京緯三路過(guò)江通道工程江北明挖段為地下2層結(jié)構(gòu)，采取明挖順作法進(jìn)行工程施工。全長(zhǎng)約173m，基坑開(kāi)挖深度達(dá)13.1-22.1m，寬度27.7-37.6m，采用800-1200mm厚地下連續(xù)墻和5道支撐作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。在5道支撐中，第一道為900*1000mm混凝土支撐，其余則為鋼支撐，直徑609mm，厚度為16mm，支撐間距400cm。從工程地質(zhì)特征上來(lái)看，開(kāi)挖范圍內(nèi)的土層除表層為②1軟塑狀粘土外，基本均為②2層流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，開(kāi)挖深度以下為②2 層流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，③1層軟塑-流塑狀粉質(zhì)粘土夾粉砂、④1層及④3層中密-密實(shí)粉砂、⑤2層礫砂及⑤3層卵礫石。

2、深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形分析

圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的監(jiān)測(cè)是確定基坑圍護(hù)體系變形和受力的最重要的觀測(cè)手段，通常采用測(cè)斜手段進(jìn)行觀測(cè)。在深基坑施工過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻趾進(jìn)入開(kāi)挖面以下的較深底部基本無(wú)位移產(chǎn)生。在不斷進(jìn)行深層土體開(kāi)挖過(guò)程中，墻體最大水平變形將隨著開(kāi)挖加深向下移動(dòng)，并在開(kāi)挖斷面附近出現(xiàn)，導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移曲線由“踢腳形”變?yōu)椤按蠖切巍盵1]。并且，已加支撐處的變形較小。為對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形展開(kāi)分析，我們了選取3個(gè)(CX03，CX08,CX15) 深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，它們分別位于圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同位置而開(kāi)挖深度基本相同的，平面位置如圖1所示。通過(guò)對(duì)其變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并按數(shù)值模擬對(duì)水平位移變形進(jìn)行模擬分析，以尋求防治變形的有效措施。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形情況

2.1.1 同一測(cè)點(diǎn)變形情況

針對(duì)多支撐基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在未達(dá)到設(shè)計(jì)支撐強(qiáng)度的情況下進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況與自立式圍護(hù)結(jié)構(gòu)相似，可將管底設(shè)置為基準(zhǔn)點(diǎn)。完成頂層支護(hù)后，管頂變形受限。隨著開(kāi)挖深度的增加，管底將發(fā)生變形，此時(shí)應(yīng)將管頂設(shè)置為基準(zhǔn)點(diǎn)，然后從上至下完成深度變形值的累計(jì)，并直至完成開(kāi)挖作業(yè)[2]。分析同一測(cè)點(diǎn)在不同開(kāi)挖深度的變形情況可以發(fā)現(xiàn)，由于工程第1道支撐為混凝土支撐，并且采取多支撐結(jié)構(gòu)，所以測(cè)點(diǎn)頂部變形為零。隨著基坑開(kāi)挖深度的不斷增加，最終坑底附近出現(xiàn)了最大變形。在設(shè)計(jì)開(kāi)挖標(biāo)高往下的位置，變形則持續(xù)收縮。隨著開(kāi)挖作業(yè)持續(xù)進(jìn)行，墻體最大變形位置基本保持不變。但受坑外土體作用，最大值有所提高。

2.1.2 不同位置測(cè)點(diǎn)在同一開(kāi)挖深度變形情況

分析對(duì)比上面3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在開(kāi)挖過(guò)程中的水平變形曲線（如圖2所示）。不難發(fā)現(xiàn)，位于基坑長(zhǎng)邊中間、陽(yáng)角處位置的測(cè)點(diǎn)CX08和CX03，水平位移最大，而位于基坑端頭和陰角的測(cè)點(diǎn)CX15，水平位移則相對(duì)較小。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移數(shù)值模擬

在深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形分析上，采取現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)通常需要花費(fèi)較大代價(jià)驗(yàn)證分析結(jié)果。采取數(shù)值模擬方法進(jìn)行分析，則能夠利用工程經(jīng)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律的分析總結(jié)。

2.2.1 分析模型

針對(duì)位于基坑邊中心位置的測(cè)點(diǎn)，可利用分析模型對(duì)測(cè)點(diǎn)變形情況進(jìn)行擬合。具體來(lái)講，就是結(jié)合地質(zhì)勘探土層數(shù)據(jù)，并利用PLAXIS有限元軟件將薄土層與參數(shù)相近土層合并，從而實(shí)現(xiàn)土層分布的簡(jiǎn)化。在模擬類型設(shè)置上，應(yīng)選擇平面應(yīng)變，然后利用模擬結(jié)果進(jìn)行測(cè)點(diǎn)測(cè)斜曲線擬合。在模擬過(guò)程中，需使用HS本構(gòu)模型進(jìn)行土體模擬，并使用彈性模型進(jìn)行地下連續(xù)墻的模擬?？紤]到接觸面強(qiáng)度參數(shù)應(yīng)比相連土體強(qiáng)度參數(shù)要低，還要用折減系數(shù)進(jìn)行接觸面強(qiáng)度參數(shù)與土層摩擦角及黏聚力間關(guān)系的描述[3]。對(duì)比實(shí)測(cè)值和模擬值可以發(fā)現(xiàn)，擬合值能夠較好的反映實(shí)際值變化。

2.2.2 變形預(yù)測(cè)分析

地下墻的連續(xù)變形，會(huì)受到連續(xù)墻等效厚度、土層條件、插入比和開(kāi)挖深度等因素的影響。所以在保持其他因素不變的條件下可以通過(guò)改變連續(xù)墻厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形控制。通過(guò)模擬分析可以發(fā)現(xiàn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度的增加，并未影響到墻體最大變形位置。但隨著厚度的增加，最大變形值則在不斷減小。由于得到的擬合曲線基本符合正態(tài)分布，所以在與該工程有著等同條件的區(qū)域，可以在明確連續(xù)墻設(shè)計(jì)厚度的基礎(chǔ)上完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形情況的預(yù)估。該工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度在0.8-1.2m之間，能夠在連續(xù)墻厚度增加的情況下發(fā)揮顯著抑制變形作用。因此在實(shí)際工程建設(shè)中，想要降低深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形，依靠增加連續(xù)墻厚度可以達(dá)成預(yù)期目標(biāo)。

結(jié)論：

通過(guò)對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形展開(kāi)分析可以發(fā)現(xiàn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移值將在開(kāi)挖斷面附近出現(xiàn)。在狹長(zhǎng)型深基坑施工過(guò)程中，靠近基坑長(zhǎng)邊中間位置和陽(yáng)角的測(cè)點(diǎn)有較大變形，靠近端頭位置的測(cè)點(diǎn)變形相對(duì)要小。此外，圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度在一定范圍內(nèi)，通過(guò)增加地下連續(xù)墻厚度能夠較好進(jìn)行結(jié)構(gòu)水平位移變形的抑制。

[1]胡斌,郭利娜,李方成等.武漢地鐵名都站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形分析與仿真模擬研究[J].工程勘察,2012,08:7-12+31.

[2]劉國(guó)彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)（2版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]劉勇健,劉意美,陳創(chuàng)鑫等.軟土深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形特性研究[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,01:89-94.