宋 永 忠

(威海建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，山東 威海 264200)

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排樁支護(hù)基坑開挖的穩(wěn)定性分析

宋 永 忠

(威海建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，山東 威海 264200)

依托鎮(zhèn)江市高校園區(qū)共享區(qū)體育館工程實(shí)例，基于ABAQUS平面應(yīng)變模型，對(duì)比研究了無支護(hù)和排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)該工點(diǎn)基坑開挖穩(wěn)定性的影響，指出排樁支護(hù)可有效控制基坑的變形與沉降，避免基坑失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生。

基坑，排樁，ABAQUS，穩(wěn)定性

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，目前各種用途的地下空間已在世界各大城市中得到開發(fā)利用，其規(guī)模和深度不斷加大，基坑工程逐漸成了城市建設(shè)中巖土工程的主要內(nèi)容之一[1]。常用的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式主要有放坡、土釘支護(hù)、巖土錨桿、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)、排樁、深層水泥攪拌樁、鋼筋混凝土灌注樁等[2]。

排樁是以某種樁型按隊(duì)列形式排布組成的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，普遍常用的樁型是鋼筋混凝土鉆孔樁、挖孔樁、工字鋼樁以及H型鋼樁等，樁的排列形式主要有單排、雙排及連續(xù)式等。施工便捷，安全性高，造價(jià)低，近年來受到人們的廣泛青睞。

1 工程概況

鎮(zhèn)江市高校園區(qū)共享區(qū)體育館工程，擬建地址位于在建海燕西路西側(cè)的鎮(zhèn)江市高校園區(qū)共享區(qū)地塊，包含籃球館和游泳館，地上1層，局部地下2層。籃球館與游泳館以-1層地下室頂板為嵌固端，在此以上設(shè)抗震縫脫開。

鎮(zhèn)江市在大地構(gòu)造位置上屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)，下?lián)P子臺(tái)褶帶，寧鎮(zhèn)褶皺束東段。擬建場區(qū)位于寧鎮(zhèn)山脈的東段，北臨開闊的長江，地形特點(diǎn)是西高東低。依據(jù)形態(tài)特征，本區(qū)地貌類型可劃分為低山、丘陵、崗地、谷地及灘地等。

2 工程地質(zhì)及水文條件

2.1 工程地質(zhì)條件

擬建場地地質(zhì)條件復(fù)雜,巖土地層構(gòu)成及特征，自上而下依次為：

⑤-1層：全風(fēng)化凝灰?guī)r，密實(shí)，分布不均勻，工程地質(zhì)性質(zhì)一般。僅在場地內(nèi)南側(cè)有分布，層厚度為0.00 m～9.20 m。

⑤-2層：強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，密實(shí)，場地南側(cè)分布較為穩(wěn)定，工程地質(zhì)性質(zhì)好。僅在場地內(nèi)南側(cè)有分布，層厚度為0.00 m～17.50 m。

⑥層：石灰?guī)r，中等風(fēng)化，分布穩(wěn)定，但巖體中局部有溶洞分布，穿過溶洞后，工程地質(zhì)性質(zhì)良好。在場地內(nèi)主要分布于場地北側(cè)，層厚為0.00 m～8.40 m。

2.2 水文地質(zhì)條件

場地地下水類型主要為潛水，地下水穩(wěn)定水位埋深位于自然地面下3.40 m～8.20 m左右，隨地形起伏。地下水主要接受大氣降水，地下水排泄方式以自然蒸發(fā)及滲流為主，水位四季有一定變化，近3年～5年最高地下水位約為2.50 m(場地地勢低處)，最低地下水位埋深為9.00 m(場地地勢高處)，近3年～5年地下水位變化幅度在0.50 m左右。

3 雙排樁支護(hù)基坑開挖的穩(wěn)定性分析

基坑的開挖過程復(fù)雜,對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形及周邊土體位移進(jìn)行有限元計(jì)算變得尤為重要，不僅可提高工程施工的安全性，更能通過模擬計(jì)算得出最優(yōu)方案，指導(dǎo)施工。文章依托鎮(zhèn)江市高校園區(qū)共享區(qū)體育館工程典型工點(diǎn)，基于ABAQUS的單元生死功能，模擬基坑開挖。

3.1 模型建立

擬建場地四周較為開闊(東側(cè)距在建海燕西路約30 m)，坑底及坑壁主要為④-3-1和④-3-2層土，現(xiàn)場地勢為南低北高，若地下車庫底板厚度為0.5 m，則擬建基坑開挖深度最北側(cè)大約為9.0 m，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)。

有限元計(jì)算時(shí)采用摩爾—庫侖模型，簡化為平面應(yīng)變問題，限制其水平和底部兩個(gè)方向邊界位移條件。

土體計(jì)算參數(shù)如表1所示。

表1 土體計(jì)算參數(shù)

3.2 無支護(hù)條件下基坑穩(wěn)定性分析

基坑開挖的過程，擾動(dòng)了原穩(wěn)定土的應(yīng)力場，使得土體應(yīng)力分布發(fā)生較大變化，開挖面上初試應(yīng)力的釋放導(dǎo)致坑壁和基地發(fā)生水平和垂向的位移，如果變形過大，將導(dǎo)致基坑失穩(wěn)，產(chǎn)生較大損失。因此需要對(duì)基坑開挖的水平位移、豎向位移及塑性變形進(jìn)行分析。

經(jīng)ABAQUS數(shù)值模擬計(jì)算，無支護(hù)條件下基坑開挖后土體水平位移、豎向位移及等效塑性應(yīng)變見圖1～圖4。

由圖1～圖4可看出，在無支護(hù)條件下開挖，開挖面的水平位移隨開挖深度的加大而增大，最大豎向位移發(fā)生在基坑底部。在無支護(hù)情況下，隨開挖深度加大，基坑底部會(huì)隆起，在基坑底部側(cè)腳形成塑性區(qū)，坑壁土體會(huì)發(fā)生外鼓，直至基坑側(cè)壁土體外涌，基坑失穩(wěn)，發(fā)生破壞，對(duì)工程造成巨大損失。

3.3 排樁支護(hù)基坑開挖穩(wěn)定性分析

采用排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)基坑，采用鋼筋混凝土鉆孔樁。由于樁長為開挖深度的1.7倍時(shí)支護(hù)效果較好[3]，故樁長取15 m，樁徑1 m，樁間距3 m。數(shù)值計(jì)算結(jié)果如圖5～圖7所示。

對(duì)比無支護(hù)條件下的計(jì)算圖可發(fā)現(xiàn)，排樁支護(hù)后，開挖面的水平位移明顯減小，原塑性區(qū)已消失，僅在支護(hù)樁位處產(chǎn)生塑性應(yīng)變，分析可能是由于排樁局部應(yīng)力集中造成的。觀察樁體水平應(yīng)力發(fā)現(xiàn)，在基坑中下部及底部出現(xiàn)較大應(yīng)力，主要由于土拱效應(yīng)導(dǎo)致的。排樁支護(hù)基坑開挖效果顯著，有效控制了基坑變形及沉降，保證了其側(cè)壁的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

通過對(duì)鎮(zhèn)江市高校園區(qū)共享區(qū)體育館工程基坑進(jìn)行有無支護(hù)結(jié)構(gòu)的有限元對(duì)比模擬計(jì)算，得出：

1)排樁支護(hù)可有效控制基坑的變形及沉降，避免基坑側(cè)壁發(fā)生土體外涌，基坑失穩(wěn)。

2)開挖面的水平位移隨開挖深度的加大而增大，最大水平位移發(fā)生在坑壁上部，而最大豎向位移發(fā)生在基坑底部。

3)排樁支護(hù)時(shí)在基坑底部及中下部產(chǎn)生較大應(yīng)力，主要是由于土拱效應(yīng)造成。

[1] 司鳳雄.深基坑土釘支護(hù)的數(shù)值模擬及穩(wěn)定性分析[D].大連:大連理工大學(xué)，2003.

[2] 劉 亮.基于FLAC3D大秦左岸基坑支護(hù)穩(wěn)定性研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué),2013.

[3] 王星華,謝李釗,章 敏.深基坑開挖中雙排樁支護(hù)的數(shù)值模擬及性狀[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014(2):596-602.

The stability analysis on row pile support foundation pit excavation

Song Yongzhong

(WeihaiConstructionGroupLimitedCompanybyShare,Weihai264200,China)

Based on the stadium engineering examples of Zhenjiang university park sharing area, based on ABAQUS plane strain model, this paper compared and researched the influence of non support and row piles retaining structure to the work point foundation pit excavation stability, pointed out that the row pile support could effectively control the deformation and settlement of foundation pit, to avoid the occurrence of foundation pit instability phenomenon.

foundation pit, row pile, ABAQUS, stability

1009-6825(2017)06-0098-02

2016-12-12

宋永忠(1973- )，男，工程師

TU463

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