(江西省新干縣縣城防洪工程管理局，江西 新干 331300)

施工技術(shù)

除澇泵站淤積軟土基坑數(shù)值模擬與施工建議

傅紹娟

(江西省新干縣縣城防洪工程管理局，江西 新干 331300)

本文基于FLAC3D，對(duì)地下連續(xù)墻處理的排澇泵站淤積軟土基坑進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)連續(xù)墻不同位置處墻身側(cè)向位移、土體沉降及基坑底部隆起情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出了相應(yīng)的施工建議措施，可供相關(guān)工程參考。

排澇泵站；淤積軟土；基坑；數(shù)值模擬

排澇泵站具有擋潮、排澇和控制內(nèi)核系統(tǒng)等功能，是重要的水工建筑物，基坑開挖與支護(hù)是排澇泵站建設(shè)的重要組成部分，許多專家學(xué)者針對(duì)排澇泵站基坑開挖、支護(hù)和施工措施進(jìn)行了研究和總結(jié)[1-5]。熊利紅[6]對(duì)沙井河淤積灘地基礎(chǔ)排澇泵站樞紐基坑進(jìn)行分析，指出在淤泥地層進(jìn)行大型基坑支護(hù)設(shè)計(jì)具有一定的難度，需結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)以及試驗(yàn)基本參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)校核。陳希[7]以彬德排澇泵站基坑為研究對(duì)象，探討了不同支護(hù)樁型對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下基坑的支護(hù)效果，并提出了最優(yōu)的施工方案，為基坑順利完工提供了基礎(chǔ)。蔡宏偉等[8]在浙江地區(qū)首次采用地下連續(xù)墻與箱涵側(cè)墻“兩墻合一”的方式對(duì)三堡二線船閘基坑進(jìn)行支護(hù)，設(shè)計(jì)與施工實(shí)踐均取得了成功，說明該方法對(duì)狹長(zhǎng)地帶深基坑具有較好的適用性。吳端土等[9]介紹了泉州浦西排澇泵站基坑的開挖方式、支護(hù)形式以及止水和降水措施。

1 工程概況

呂舍南排澇泵站是一座具有排澇、防洪等多重任務(wù)的水工建筑物，泵站布置如圖1所示。經(jīng)地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)待建排澇泵站下有一層淤積軟土層，其厚度約為7～8m(見下表)。排澇泵站基坑長(zhǎng)32m、寬26m、深10m，擬采用地下連續(xù)墻進(jìn)行支護(hù)，連續(xù)墻厚0.8m，深度為14m。為確保設(shè)計(jì)連續(xù)墻的可靠性，分析工程可能存在的問題并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，采用有限差分法對(duì)地下連續(xù)墻支護(hù)的深厚淤積軟土基坑進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析支護(hù)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，為方案優(yōu)化提供理論支撐。

圖1 排澇泵站布置(尺寸單位： cm)

巖土體物理力學(xué)參數(shù)表

2 計(jì)算模型與參數(shù)

采用FLAC3D有限差分軟件。FLAC3D起源于流體動(dòng)力學(xué)，是目前巖土工程計(jì)算中重要大型商業(yè)軟件之一，其采用的有限差分法是一種是發(fā)展相對(duì)成熟的數(shù)值方法，能夠直接將微分問題轉(zhuǎn)化為代數(shù)問題進(jìn)行求解，具有概念直觀及表達(dá)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。基坑開挖模擬通常有兩種計(jì)算方法，其一為反轉(zhuǎn)應(yīng)力釋放法，其二為空單元法，此次計(jì)算采用空單元法，計(jì)算模型如圖2所示。模型產(chǎn)生12890個(gè)單元、16570個(gè)節(jié)點(diǎn)。

圖2 計(jì)算模型

計(jì)算采用Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則(見圖3)，該破壞準(zhǔn)則是目前針對(duì)彈塑性材料應(yīng)用最廣的準(zhǔn)則之一，對(duì)基坑開挖模擬具有較好的適用性。Mohr-Coulomb定義剪切屈服函數(shù)為

(1)

其中

定義拉應(yīng)力屈服函數(shù)為

ft=σ3-σt

(2)

上二式中φ——內(nèi)摩擦角；

c——黏聚力；

σt——抗拉強(qiáng)度，定義為拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。

(3)

材料破壞形式為剪切破壞時(shí)，應(yīng)由剪切勢(shì)函數(shù)gs確定流動(dòng)法則，此函數(shù)的表達(dá)形式為

gs=σ1-σ3Nφ

(4)

材料破壞形式為拉應(yīng)力破壞時(shí)，應(yīng)由勢(shì)函數(shù)gt確定流動(dòng)法則，此函數(shù)表達(dá)形式為

gt=σ3

(5)

計(jì)算參數(shù)參考地質(zhì)工程勘察報(bào)告各層巖土體取值，體積模量K、剪切模量G通過彈性模量E和泊松比v轉(zhuǎn)換得到，轉(zhuǎn)換關(guān)系式為

(6)

(7)

圖3 Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 墻身側(cè)向位移

分別對(duì)地下連續(xù)墻每隔1m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)地下連續(xù)梁墻身側(cè)向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)(地下連續(xù)墻側(cè)向位移隨深度變化規(guī)律見圖4)，結(jié)果表明隨深度增大地下連續(xù)墻側(cè)向位移先增大后減小，連續(xù)墻側(cè)向位移約在開挖面附近達(dá)到最大值13.20mm，這與劉念武等[10]得出的地下連續(xù)墻墻身側(cè)向位移在開挖深度He-3 至He+1之間達(dá)到最大值的結(jié)論一致，說明此次計(jì)算結(jié)果可靠。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012)，采用連續(xù)墻對(duì)淤積軟土基坑進(jìn)行支護(hù)，墻身側(cè)向位移滿足要求，當(dāng)墻身側(cè)向位移精度要求較高時(shí)，可采用增大連續(xù)墻入土深度或者在連續(xù)墻上設(shè)置支撐的方式對(duì)墻身側(cè)向位移進(jìn)行控制[11]。

圖4 連續(xù)墻側(cè)向位移與深度關(guān)系曲線

3.2 土體沉降

為分析基坑開挖對(duì)地下連續(xù)墻后土體沉降的影響，以地下連續(xù)墻中心為基準(zhǔn)點(diǎn)向坑外土體每隔1m向外布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共布置20個(gè)點(diǎn)對(duì)連續(xù)墻后土體沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)(土體沉降量與監(jiān)測(cè)點(diǎn)距地下連續(xù)墻距離x的關(guān)系曲線見圖5)，可知隨著x的增大，土體沉降量先增大后減小，在連續(xù)墻后約4m(基坑深度0.40倍)處土體沉降量最大，其值為8.90mm，在連續(xù)墻后20m處，土體沉降量為1.20mm，G. W. Clough等[12-13]通過對(duì)實(shí)際工程監(jiān)測(cè)亦得出類似結(jié)論。因此在工程施工時(shí)應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)連續(xù)墻后3～5m范圍內(nèi)土體沉降，一但發(fā)現(xiàn)沉降過快，即應(yīng)停工檢查，確保沒有問題后再開工。

圖5 土體沉降與基坑距離關(guān)系曲線

3.3 基坑底部隆起

圖6為開挖完成后基坑豎向位移云圖，可以看出基坑外土體沉降，而基坑內(nèi)土體隆起，坑內(nèi)土體隆起厚度約為4～5.7cm，在連續(xù)墻附近基坑隆起值最大，這與其他專家學(xué)者得出的基坑在開挖面中心處隆起最大的結(jié)論并不一致[14-16]，其原因可能是地下連續(xù)墻并未深入到相對(duì)不透水層，在地下連續(xù)墻附近可能存在繞滲，增大了地下連續(xù)墻附近基坑隆起值，具體施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)連續(xù)墻附近變形監(jiān)測(cè)以及坑外地下水監(jiān)測(cè)，若出現(xiàn)噴沙冒水或者坑外地下水位驟降，應(yīng)立即停止施工并用水泥進(jìn)行封堵。

圖6 基坑豎向位移云圖

4 結(jié) 論

隨深度增大地下連續(xù)墻側(cè)向位移先增大后減小，連續(xù)墻側(cè)向位移約在開挖面附近達(dá)到最大值；隨與地下連續(xù)墻的距離增大，土體沉降量先增大后減小，在距連續(xù)墻0.40倍基坑深度處土體沉降量最大；坑內(nèi)土體隆起厚度約為4～5.7m，在連續(xù)墻附近基坑隆起值最大，經(jīng)分析可能是地下連續(xù)墻附近存在繞滲，建議加強(qiáng)連續(xù)墻附近變形監(jiān)測(cè)以及坑外地下水監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)問題立即停止施工并用水泥封堵。

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SuggestionsonNumericalSimulationandConstructionofSedimentDepositionSoftSoilFoundationPitinWaterloggingControlPumpStation

FU Shaojuan

(JiangxiXin’ganCountyFloodControlEngineeringAdministrationBureau,Xin’gan331300,China)

In the paper, sediment deposition soft soil foundation pit in waterlogging control pump station with underground continuous wall processing is calculated on the basis of FLAC3D. The wall lateral displacement, soil sedimentation and foundation pit bottom uplift conditions in different positions of the continuous wall are monitored. Corresponding construction measures are put forward according to the calculation results, thereby providing reference for the related projects.

waterlogging control pump station; sediment deposition soft soil; foundation pit; numerical simulation

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.010.002

TV675

A

1673-8241(2017)010-0003-05