林雪梅

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，城市建設(shè)日新月異，中小型城市以及周邊人口不斷向大城市涌入，原有的城市規(guī)劃已漸漸無法滿足人們的生活需求，城市中心用地緊張與日益增長的建設(shè)需求形成了尖銳的矛盾，在大環(huán)境下，新進(jìn)建設(shè)項(xiàng)目往往會受到周邊多方面條件的制約，以往方方正正的場地越來越少，取而代之的是各種異形基坑[1]。不同于規(guī)整形狀的深基坑，異形深基坑受力情況復(fù)雜[2]，變形差異大[3]，采用常規(guī)計(jì)算方法極易造成偏差，稍有不慎很可能釀成重大事故。本文針對這一情況，采用三維數(shù)值分析軟件，對周邊情況復(fù)雜的軟土異形深基坑進(jìn)行模擬，利用分析結(jié)果為支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，針對基坑薄弱位置進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，有效提高了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，為相關(guān)項(xiàng)目提供了良好的借鑒。

1 工程簡介

1.1 周邊環(huán)境

該工程位于福州市歷史文化名街三坊七巷周邊，北側(cè)為1棟6層淺基礎(chǔ)磚混結(jié)構(gòu)宿舍樓(距離約為13m)和8層樁基礎(chǔ)住宅樓(距離約為11m)，西側(cè)為3棟樁基礎(chǔ)住宅樓(距離約為11m～14m)，南側(cè)為6層框架結(jié)構(gòu)辦公樓(距離約為6m)，東側(cè)為3棟醫(yī)院病房樓，新建建筑物為醫(yī)院醫(yī)療保健綜合樓，設(shè)有3層地下室，基坑開挖深度約為14.4m。如圖1所示。

圖1 基坑所在位置圖

1.2 場地地質(zhì)條件

本場地地下土層分布及物理力學(xué)特性如表1所示。

表1 各土層分布深度及物理力學(xué)指標(biāo)

對該基坑開挖影響較大的地下水，主要為上部填土層中的上層滯水，以及下部的殘積土和風(fēng)化層中承壓水。勘查期間，場地地下水初見水位埋深約1.0m～1.8m，穩(wěn)定水位埋深為1.00m～1.50m。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及模擬分析

該基坑具有以下特點(diǎn)：

(1)軟土層深厚，物理力學(xué)性質(zhì)差

該場地基坑開挖深度內(nèi)存在淤泥層及淤泥質(zhì)土層，分布厚度普遍超過10m，局部深度可達(dá)基坑底以下10m以上，軟土顏色深灰，飽和，呈流塑狀態(tài)，含腐植質(zhì)，有機(jī)質(zhì)，云母片，個(gè)別爛木等。

(2)基坑開挖深度大

該工程設(shè)計(jì)有3層地下室，基坑周長380m，面積6800m2，基坑開挖深度14.4m，局部電梯井承臺位置開挖深度超過16m。

(3)基坑形狀不規(guī)則

因場地限制，該項(xiàng)目地下室呈T字形，受力分析復(fù)雜，局部陽角可能存在較大變形，采用傳統(tǒng)二維計(jì)算軟件僅能對單一剖面進(jìn)行計(jì)算，無法客觀模擬基坑圍護(hù)體系的實(shí)際受力情況。

(4)基坑周邊環(huán)境復(fù)雜

基坑?xùn)|西北側(cè)共分布有超過11棟建筑物，包含宿舍樓，居民樓，以及5棟醫(yī)療建筑，與基坑距離約為6m～14m，其中北側(cè)宿舍樓為淺基礎(chǔ)。另外，基坑南側(cè)緊鄰城市干道，下埋雨污水管線，電力、電信管線，埋深淺，對位移十分敏感，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)位移過大極易對周邊建筑物及管線產(chǎn)生影響。

2.1 支護(hù)方案的選擇

針對上述情況，該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級定為一級，考慮到基坑位置特殊，且為3層地下室，開挖深度大，周邊建筑物及管線多，不具備放坡空間，樁錨支護(hù)由于基坑深，軟土厚，變形較大，且容易對周邊產(chǎn)生影響，并不適用于該項(xiàng)目，因此采用樁撐支護(hù)，支撐體系采用3道混凝土內(nèi)支撐支護(hù)，圍護(hù)樁采用沖(鉆)孔灌注樁，截面為Φ900,間距@1200，樁長為20m，圍護(hù)樁之間采用高壓旋噴樁止水擋土，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后典型支護(hù)剖面圖

在確定支撐體系時(shí)，考慮到基坑形狀不規(guī)則，采用環(huán)形支撐容易發(fā)生應(yīng)力集中，不利于支撐均勻受力，因此在確定方案時(shí)采用井字形支撐和桁架支撐兩種，如圖3～圖4所示。

圖3 井字形支撐

圖4 桁架支撐

在確定設(shè)計(jì)方案時(shí)，采用Midas/GTS軟件對支護(hù)方案進(jìn)行模擬，對設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)優(yōu)化。該項(xiàng)目土體本構(gòu)模型采用Mohr-Coulomb模型，圍護(hù)樁以及支撐的本構(gòu)模型采用線彈性模型。通過模擬分析表明，采用井字形支撐的方案雖然支撐布置密度高，看似安全度更高，但基坑南北兩側(cè)陽角位移明顯偏大，如表2所示，無法針對該工程異形基坑的特性在薄弱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固。在實(shí)際施工時(shí)，該區(qū)域可能成為整個(gè)基坑最薄弱的位置，在增加造價(jià)的情況下，基坑的安全度反而更低了，而且采用井字形支撐土方開挖面小，無法設(shè)置行車棧橋，勢必影響施工工期。綜合各方面因素，該方案并不是最合理的方案。

表2 方案位移對比表 mm

數(shù)值分析結(jié)果如圖5所示，如采用桁架支撐體系，圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移整體無明顯增大，基坑支撐體系還可以靈活調(diào)整，有針對性的進(jìn)行加強(qiáng)，并考慮施工實(shí)際情況設(shè)置出土通道及施工棧橋，既節(jié)約了造價(jià)又提供了安全度，同時(shí)為施工提供便利，縮短工期，因此最終采用桁架支撐方案，并針對陽角位置位移偏大的情況如圖6所示，增設(shè)南北對撐，東側(cè)調(diào)整角撐位置等手段，簡化傳力路徑，圍護(hù)樁樁長加長至26m，提高該區(qū)域安全度，并在該區(qū)域增設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，加強(qiáng)位移監(jiān)測。

圖5 基坑模型圖

圖6 地下連續(xù)墻變形云圖

2.2 實(shí)測結(jié)果

基坑開挖至地下室施工完成，歷時(shí)一年。在開挖過程中，針對基坑圍護(hù)樁變形，周邊建筑物及管線沉降，支撐梁應(yīng)力等進(jìn)行了全程監(jiān)測。

監(jiān)測資料如表3所示，由表3可以看出，基坑位移的實(shí)測數(shù)據(jù)較模擬數(shù)據(jù)偏小，如圖7～圖8所示，考慮到地層參數(shù)的取值問題，基坑計(jì)算是偏于安全。實(shí)踐證明，該基坑支護(hù)方案是安全可行。

表3 位移及軸力統(tǒng)計(jì)匯總表

圖7 北側(cè)陽角位移曲線圖

圖8 南側(cè)陽角位移曲線圖

3 結(jié)論

面對越來越苛刻的工程條件，基坑支護(hù)也越來越受到業(yè)內(nèi)的重視。支護(hù)設(shè)計(jì)中的細(xì)微偏差，都可能直接影響工程的進(jìn)展，甚至是造成生命財(cái)產(chǎn)的重大損失，通過該項(xiàng)目的摸索，可以得到以下經(jīng)驗(yàn)。

(1)該工程位于市中心核心地區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，用地范圍小，采用數(shù)值分析輔助基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)，對支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過施工監(jiān)測，數(shù)據(jù)表明，監(jiān)測結(jié)果與模擬結(jié)果誤差控制在15%以內(nèi)，基本符合設(shè)計(jì)要求。

(2)在異形深基坑中陽角位置一般為基坑的薄弱位置，支護(hù)體系變形較其他位置偏大，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮，可采用加長樁長、加大樁徑等措施提高基坑安全度。在布置支撐時(shí)，應(yīng)明確傳力路徑，簡化受力體系。

(3)在異形深基坑中，尤其是周邊復(fù)雜的異形深基坑，設(shè)計(jì)中借用三維數(shù)值分析手段進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)很有必要。常規(guī)二維軟件因其自身局限性很難客觀反映基坑整體變形的局部差異，利用三維分析，可以在設(shè)計(jì)中做到有的放矢，具有很強(qiáng)的針對性，在今后的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中值得加以推廣。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 陳燾，張茜珍，周順華，等.異形基坑支撐體系剛度及受力分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2011(S1):1384-1389.

[2] 王巍浩.軟土區(qū)異形基坑開挖坑角效應(yīng)及對周圍建筑物影響研究[D].石家莊:石家莊鐵道大學(xué)，2016.

[3] 謝秀棟，張林，何宗儒.異形基坑施工變形特性分析[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013,14(4)：23-26.