張 余 東

(上海電力建筑工程公司，上海 200437)

上海某基坑工程開挖的環(huán)境效應分析

張 余 東

(上海電力建筑工程公司，上海 200437)

上海軟土高密度地區(qū)，基坑工程周圍常存在需要保護的建(構)筑物、道路、管線等?；庸こ淌苤苓叚h(huán)境的制約，同時，基坑開挖也對周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。在工程設計和建設過程中，應當充分考慮基坑開挖引起的附加變形對周邊環(huán)境的影響。結(jié)合上海某基坑工程實踐，利用有限元分析方法，采用單元“生死”技術，模擬動態(tài)施工過程，對周邊道路、管線和鄰近住宅進行定量的模擬分析，以評估其安全性。

軟土，基坑工程，環(huán)境影響，安全評估

1 概述

在上海軟土高密度地區(qū)的城市建設中，常出現(xiàn)基坑工程的周邊有需要保護的建(構)筑物、地下管線、道路等。工程建設中，由于未充分考慮基坑工程建設的環(huán)境效應，可能引起周邊地面沉降、道路塌陷甚至房屋傾斜、開裂甚至破壞等嚴重后果?，F(xiàn)行基坑設計規(guī)范[1，2]提出了基坑支護結(jié)構的變形和受力設計計算方法，但尚未明確基坑開挖的環(huán)境效應分析方法。本文結(jié)合上海新江灣城某基坑工程項目，對軟土地區(qū)深基坑工程開挖的環(huán)境效益進行分析，根據(jù)支護結(jié)構和土體變形對周邊環(huán)境的安全性進行預測和評估。

2 工程簡介

2.1工程概況

項目位于上海市楊浦區(qū)，包括4棟18層住宅和1棟4層住宅，地下1層為機動車停車庫、非機動車停車庫、儲藏室及設備用房，地下2層為機動車停車庫、儲藏室、人防和設備用房。地下室為2層整體地下室。住宅樓為剪力墻結(jié)構，地下車庫為框架結(jié)構，基礎為鉆孔灌注樁。

本工程的±0.000相當于黃海高程6.000 m，基坑四周標高有差異，經(jīng)建設單位實地測量，平整后場地標高：東側(cè)和北側(cè)絕對標高為4.800(相對標高-1.200)，南側(cè)絕對標高為5.300(相對標高-0.700)，西側(cè)絕對標高為4.500(相對標高-1.500)。

地下車庫為地下兩層，基坑周長約625 m，開挖面積約17 000 m2。地下車庫底板面標高為-9.050，底板高度1 000 mm，底下設置150厚墊層，故坑底標高為-10.200，基坑東側(cè)和北側(cè)開挖深度為9.0 m，南側(cè)為9.5 m，西側(cè)為8.7 m。電梯井深坑為1.5 m，故北側(cè)局部開挖為10.5 m。

2.2工程地質(zhì)和水文條件

工程地質(zhì)條件見表1。

表1 工程地質(zhì)條件

場地主要為淺層潛水，地下水埋深約0.5 m～1.0 m。

工程無暗浜和明浜等不良地質(zhì)情況，但深層土體有古河道切割區(qū)域，深層土體局部⑤1-2層、⑥層、⑦層缺失，土體分別為⑤2層、⑤3層、⑤4層，但埋深都在20 m～25 m以下，對本基坑影響不大。

2.3周邊環(huán)境

基坑工程四周到紅線距離：東側(cè)約5.0 m，南側(cè)約3.0 m～5.0 m，西側(cè)約2.5 m，北側(cè)約9.0 m～16.0 m。本工程四周環(huán)境狀況如下：

東側(cè)為淞滬路及其綠化帶，綠化帶寬度約27 m，淞滬路下有雨水管DN600，距離基坑約40 m，淞滬路對面有軌交10號線，距離約75 m；

南側(cè)為某住宅小區(qū)，該小區(qū)靠近基坑有3幢樓，設有一層地下室，距離本基坑約20 m，基礎深度約5 m，工程樁采用φ500 PHC管樁，長度30 m；

西側(cè)為通向小區(qū)的道路，可作為施工道路使用；

北側(cè)為殷行路，道路下有一根雨水管和一根污水管，都在2倍深度以外。

3 計算分析方法

采用巖土工程專業(yè)分析軟件PLAXIS 2D(2010版)對基坑的施工過程中，支護結(jié)構及建(構)筑物的受力和變形進行模擬分析，評價基坑開挖對周圍道路和建筑物的影響。

3.1計算模型

建立如下計算模型：

土體模型：本分析選用Mohr-Coulomb本構模型模擬土體特性。采用總應力法計算，土體計算參數(shù)采用總應力指標。土體網(wǎng)格劃分采用15節(jié)點三角形單元。

結(jié)構模型：圍護墻采用Plate單元模擬；支撐系統(tǒng)采用Anchor單元模擬。結(jié)構和土體的相互作用采用無厚度的接觸面模擬。

邊界條件：考慮基坑開挖的影響范圍[1]，設定模型深度Y=50 m，水平向X=50 m。土體左右兩側(cè)進行X向約束，下側(cè)進行Y向約束。

道路側(cè)和住宅側(cè)的計算模型如圖1,圖2所示。

3.2結(jié)果分析

3.2.1計算工況

基坑開挖和回填過程利用有限元軟件“單元生死”技術進行模擬，開挖時逐步激活支撐，“殺死”開挖部分的土體；回填時“殺死”支撐，激活樓板及換撐。根據(jù)其施工工況，分為以下幾個計算步：

1)初始地應力平衡，施工圍護墻及立柱；

2)開挖土體至第一道支撐標高；

3)施工第一道支撐并開挖土體至第二道支撐標高；

4)施工第二道支撐并開挖土體至坑底；

5)施工底板傳力帶；

6)拆除第二道支撐，并施工中板傳力帶；

7)拆除第一道支撐。

3.2.2計算結(jié)果

對道路側(cè)計算結(jié)果進行分析，提取最大位移如圖3～圖5所示。對住宅側(cè)計算結(jié)果進行分析，提取最大位移如圖6～圖8所示。

3.2.3計算結(jié)果分析

由上述分析可見，基坑周邊道路的最大沉降不超過10 mm，住宅樓最大沉降不超過10 mm，道路下的雨水管變形5 mm，污水管變形3 mm。

4 結(jié)語

本文的計算分析方法已應用于新江灣某基坑工程的安全性評估分析中，在圍護方案選型階段對周邊環(huán)境影響進行預估。通過基坑與周邊環(huán)境影響的有限元分析得出，基坑施工過程不會對管線、建筑物產(chǎn)生過大影響，能夠滿足相關規(guī)范[3]變形控制的要求。同時，合理的施工工法也能夠盡量減小基坑開挖的環(huán)境效應，如分層、分塊開挖，這在后續(xù)施工中也得到了較好的驗證。此外，由于臨近有需要保護的建筑物和管線，施工場地的布置也應予以重視，嚴格避免超出設計的堆載和行車。基坑施工過程應加強相關監(jiān)測，及時返回監(jiān)測信息，并根據(jù)信息作出進一步判斷和預測，做到信息化施工。

本文的分析方法還存在一定的問題需要解決：土體模型的選取對分析的準確性有很大影響，本文初步考慮了土體模量和應力水平的關系，但是Mohr-Coulomb模型由于卸載和加載過程采用同一模量，圍護墻水平變形計算較為合理，但往往導致坑底回彈變形不合理。進一步分析需要考慮土體各項異性，通過數(shù)據(jù)分析和測試，建立適合上海地區(qū)土層的土體模型。

[1] JGJ 120—2012，建筑基坑支護設計規(guī)程[S].

[2] DBJ 08—61—2010，上海市基坑工程技術規(guī)范[S].

[3] DG/TJ 08—2001—2006，上海市基坑工程施工監(jiān)測規(guī)程[S].

[4] 鄭 剛，顏志雄，雷華陽，等.基坑開挖對臨近樁基影響的實測及有限元數(shù)值模擬分析[J].巖土工程學報，2007，29(5)：638-643.

AnalysisontheenvironmentaleffectofafoundationpitengineeringexcavationinShanghai

ZhangYudong

(ShanghaiElectricPowerConstructionEngineeringCompany,Shanghai200437,China)

In the soft soil high density area of Shanghai, around the foundation pit often existing protected buildings, roads, pipelines and so on. The foundation pit engineering was restricted by the surrounding environment, meanwhile, the foundation pit excavation also had certain influence on the surrounding environment. In the engineering design and construction process, should taken into full consideration the influence of additional deformation to surrounding environment caused by foundation pit excavation. Combining with the foundation pit engineering practice in Shanghai, using the finite element analysis method, using the unit “l(fā)ife and death” technology to simulate the dynamic construction process, made quantitative simulation analysis on surrounding roads, pipelines and adjacent residential, to evaluate its safety.

soft soil, foundation pit engineering, environmental impact, safety assessment

1009-6825(2017)30-0076-03

2017-08-17

張余東(1966- )，男，工程師

P642

A