凌李華, 吳 欣, 董 城

(1.長沙理工大學， 湖南 長沙 410015； 2.湖南省交通科學研究院, 湖南 長沙 410015)

葫蘆形錨碇基坑地下連續(xù)墻開挖階段變形規(guī)律研究

凌李華1, 吳 欣2, 董 城2

(1.長沙理工大學， 湖南 長沙 410015； 2.湖南省交通科學研究院, 湖南 長沙 410015)

葫蘆形地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)在世界上沒有太多工程與理論經(jīng)驗，屬于地下連續(xù)墻的難點工程。通過有限元計算與實測結(jié)果對比分析，揭示了葫蘆形地下連續(xù)墻在基坑開挖過程的變形規(guī)律，為后續(xù)同類型工程提供參考。

葫蘆形錨碇； 地下連續(xù)墻； 變形規(guī)律

0 引言

葫蘆形地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)在圓形地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加以改進，利用圓拱形支護結(jié)構(gòu)的所特有的的“拱效應”抵抗周圍土體產(chǎn)生的土壓力，使深基礎(chǔ)支護的結(jié)構(gòu)受力要求與施工實際的需求得到滿足。但即葫蘆形地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)因中間隔墻影響了圓形地下連續(xù)墻的整體性，使得不對稱的葫蘆形結(jié)構(gòu)的受力更加復雜，這在世界上也沒有太多工程與理論經(jīng)驗，屬于地下連續(xù)墻的難點工程。因此很有必要借助于有限元軟件，建立三維模型并結(jié)合實測數(shù)據(jù)來分析地連墻結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律。

1 工程背景

某大橋錨碇基礎(chǔ)為支護開挖深埋擴大基礎(chǔ)，基坑采用地下連續(xù)墻支護結(jié)構(gòu)體系，墻厚1.2 m，平面布置采用與錨體相匹配的葫蘆形，由兩個不相等半徑的圓弧組成，小圓半徑28 m，大圓半徑32 m，順橋向全長98 m，墻高26～35 m。

中間設(shè)置一道隔墻，由隔墻將基礎(chǔ)分隔成錨碇前、后倉兩大部分。地連墻內(nèi)側(cè)沿豎向設(shè)置不等厚的內(nèi)襯支護。地連墻施工完成后，采用逆作法分層開挖土體，分9層施工內(nèi)襯。內(nèi)襯及土體分層高度為3.0 m(深度18.0 m以下層高為2.5 m )。采用島式開挖法分區(qū)進行對稱開挖并澆筑內(nèi)襯混凝土。外側(cè)地連墻內(nèi)襯從上向下依次為:基礎(chǔ)頂面以下0～9 m深度內(nèi)厚1.5 m, 9～18 m深度內(nèi)厚2.0 m，超過18 m深度厚2.5 m，中間隔墻處地連墻兩側(cè)豎向各設(shè)1.2 m厚內(nèi)襯(見圖1、圖2)。

圖1 地連墻及內(nèi)襯平面圖(單位： cm)Figure 1 Underground continuous wall and lining the floor plan(unit: cm)

圖2 地連墻及內(nèi)襯立面圖(單位： cm)Figure 2 Underground continuous wall and lined with elevation(unit:cm)

2 計算模型

考慮到分析對象的對稱性，取支護體系的一半建立有限元模型，即南北沿橋中軸線將支護結(jié)構(gòu)體系剖開。根據(jù)地下連續(xù)墻的實際規(guī)模，同時為了減小邊界條件對模擬結(jié)果產(chǎn)生的影響，計算域取266 m ( 長 )×116 m ( 寬 )。其中，開挖面外側(cè)寬度為84 m，是基坑開挖深度的3倍 。計算域及單元劃分別見圖3、圖4。

按照施工順序?qū)⒒娱_挖過程分為11個工況，見表1。

圖3 總體三維模型圖Figure 3 The overall 3 d model diagram

圖4 地連墻及其內(nèi)襯模型圖Figure 4 The underground continuous wall and its lining model diagram

表1 計算工況表Table1 Tablecalculationconditions編號工況說明編號工況說明1初始應力分析2開挖第1層土體3開挖第2層土體，澆筑第1層內(nèi)襯4開挖第3層土體，澆筑第2層內(nèi)襯5開挖第4層土體，澆筑第3層內(nèi)襯6開挖第5層土體，澆筑第4層內(nèi)襯7開挖第6層土體，澆筑第5層內(nèi)襯8開挖第7層土體，澆筑第6層內(nèi)襯9開挖第8層土體，澆筑第7層內(nèi)襯10開挖第9層土體，澆筑第8層內(nèi)襯11澆筑第9層內(nèi)襯

3 計算結(jié)果

地下連續(xù)墻的位移變化反映了基坑開挖過程中墻體與土體之間的相互作用關(guān)系，尤其是其水平方向的位移。GTS分析地下連續(xù)墻的水平位移結(jié)果如圖5～圖8所示，正負號如圖中坐標軸所示。

根據(jù)以上墻體水平位移情況圖，在考慮收縮徐變的情況下，墻體水平位移最大值發(fā)生在大圓側(cè)圓弧與橋軸線夾角90°處?；娱_挖的前7個工況，最大水平位移發(fā)生位置逐步下移，從第7個工況開始最大水平位移位置不再變化，但最大水平位移值逐漸增加，根據(jù)程序計算書，圖9所示為墻體每個工況X、Y、Z方向的最大位移值。整個開挖過程X、Y、Z最大位移值分別為1.43、-2.02、0.61 mm，出現(xiàn)在第11工況。

圖5 開挖第一層水平位移Figure 5 Excavation horizontal displacement on the ground floor

圖6 開挖第四層水平位移Figure 6 Excavation layer 4 horizontal displacement

圖7 開挖第七層水平位移Figure 7 Excavation layer 7 horizontal displacement

圖8 澆筑第九層內(nèi)襯水平位移Figure 8 Excavation layer 9 horizontal displacement

圖9 墻體各工況最大位移值Figure 9 Working condition of the maximum displacement of wall

4 實測與理論對比

表2中理論計算值根據(jù)施工現(xiàn)場溫度情況進行了修正。水平位移測量的誤差為±1 mm,單層土體開挖最大水平位移理論計算值與實測差值除第一層外均小于1 mm,理論值于實測值相符。

表2 單層土體開挖最大水平位移變化表Table2 Single?layersoilexcavationmaximumhorizontaldisplace?mentchangetable開挖層數(shù)單層理論計算值/mm單層實測值/mm101601820203330320484062085042047606408670721078～10074087

實測值與計算值變化趨勢相同(見圖10)，實測值均略大于計算值，其主要原因為：地連墻墻體間并無橫向鋼筋聯(lián)系，墻體實際剛度小于理論計算剛度。

圖10 累計最大水平位移對比圖Figure 10 Accumulated maximum horizontal displacement contrast figure

5 結(jié)論

① 基坑開挖過程中墻體最大水平位移出現(xiàn)在大圓側(cè)與橋軸線夾角90°位置，最大位移量隨著基坑開挖深度增加而增加。

② 基坑開挖前期，隨著開挖深度增加，墻體最大水平位移出現(xiàn)位置逐步下降。從第7工況開始，最大水平位移出現(xiàn)位置下降至地面以下9 m，即1.5 m厚內(nèi)襯與2 m厚內(nèi)襯交接處時，不再隨著開挖深度增加而下降。

③ 實測累計最大位移較理論計算值偏大，考慮到地連墻墻體間并無橫向鋼筋聯(lián)系，理論計算時墻體剛度應做適當折減。

④ 溫度是影響墻體變形的重要因素，實際工程中理論數(shù)據(jù)應根據(jù)實際溫度變化進行修正。

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LING Lihua1, WU Xin2, DONG Cheng2

(1.Changsha University of Science and Technology , Changsha, Hunan 410015, China; 2.Hunan Communications Research Institute, Changsha, Hunan 410015, China)

the form of underground continuous wall structure without too much experience in engineering and theory in the world, the difficulties of Engineering belongs to the underground continuous wall. Compared with the measured results by the finite element calculation analysis, reveals the gourd shape of the underground continuous wall in the deformation law of foundation pit excavation process, provide reference for subsequent similar engineering.

gourd shaped anchor; underground continuous wall; deformation law

2015 — 05 — 14

湖南省交通科技項目(201310)

凌李華(1991 — )，男，湖南長沙人，博士研究生：主要從事橋梁結(jié)構(gòu)工程研究。

U 455.45+2

A

1674 — 0610(2016)06 — 0036 — 03