佘格格

(三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

對(duì)于現(xiàn)代城市深基坑工程施工而言，對(duì)其臨近建筑物變形影響分析的重要性，已經(jīng)超過基坑本身[1]。伴隨地鐵工程在城市建設(shè)中重要性的逐漸增高，地鐵沿線地區(qū)成為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的熱門[2]。出于對(duì)地鐵線路本身安全和周邊環(huán)境保護(hù)的考慮，基坑工程實(shí)施前，要對(duì)其臨近的地鐵線路進(jìn)行工程影響評(píng)估，確定完工后對(duì)地鐵線路及周圍區(qū)域沉降和變形值低于規(guī)定允許值。

工程應(yīng)用中常使用Duncan-Chang模型[3]、彈塑性的Mohr-Coulomb模型[4]和Druker Prager模型[5]等本構(gòu)模型進(jìn)行基坑開挖分析。三個(gè)模型均為理想模型，參數(shù)獲取簡(jiǎn)單，被廣泛應(yīng)用，但未考慮到土體中的固結(jié)壓力影響，不適宜應(yīng)用于變形受體積應(yīng)變影響較大土體模擬計(jì)算。HSS模型同時(shí)考慮了剪切硬化和壓縮硬化，能夠反映土體小應(yīng)變狀態(tài)下土與結(jié)構(gòu)的相互作用[6]。研究項(xiàng)目所在地區(qū)土質(zhì)壓縮性強(qiáng)，土體變形需要考慮固結(jié)壓力、體積應(yīng)變、加卸載模量等多重因素，故選用HSS模型。

1 計(jì)算模型與參數(shù)取值

1.1 HSS小應(yīng)變模型參數(shù)值確定

采用HSS小應(yīng)變模型計(jì)算基坑開挖時(shí)，模型參數(shù)的取值如下：

1.2 模型建立與計(jì)算步驟

項(xiàng)目基坑沿軌道交通某站路停車場(chǎng)出入場(chǎng)線方向分布，基坑與主體縱向尺寸與橫向尺寸的比分別為7.2、6.1。研究表明，當(dāng)基坑、主體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)寬比大于6時(shí)，二維和三維數(shù)值分析結(jié)果十分類似[7]，因此把此基坑工程簡(jiǎn)化為平面模型進(jìn)行分析是合理可行的。

模擬計(jì)算時(shí)，對(duì)于主體結(jié)構(gòu)兩側(cè)基坑考慮同步開挖，將坑內(nèi)潛水位考慮為開挖面，坑外水位為主體覆土頂面標(biāo)高；回筑、拆撐過程將坑內(nèi)水位考慮為基底，坑外水位為主體覆土頂面標(biāo)高。采用Plaxis軟件模擬基坑開挖過程及回筑工序見表1。

2 工程概況

案例項(xiàng)目位于武漢某街道路口與武九鐵路交匯處，左右地塊沿著武漢市軌道交通2號(hào)線某站路停車場(chǎng)出入場(chǎng)線方向分布，每個(gè)地塊均為地下二層。該項(xiàng)目地下一層段基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1000mm@1300mm鉆孔灌注樁，地下兩層段采用1200mm@1500mm鉆孔灌注樁；一層、二層地下室樁間止水采用高壓旋噴樁工藝；基坑設(shè)置一道支撐，支撐中心標(biāo)高20.90m，支撐采用800mm×800mm的混凝土桁架撐，中間設(shè)置臨時(shí)立柱。

表1 基坑開挖及回筑工序

3 工程實(shí)例分析

根據(jù)斷面尺寸，建立斷面數(shù)值分析模型。基坑臨近鐵路側(cè)考慮車輛荷載為50kPa，左側(cè)基坑左側(cè)與右側(cè)基坑右側(cè)考慮施工荷載為15kPa。計(jì)算斷面簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 計(jì)算斷面簡(jiǎn)圖

3.1 施工基坑圍護(hù)樁、放坡開挖至第一道支撐時(shí)的位移

計(jì)算斷面垂直位移最大約-3.85mm，表現(xiàn)為超載引起的土體豎向沉降；基坑內(nèi)土體有最大2mm的土體位移，方向向上。地鐵線路停車場(chǎng)周圍土體變形較小，豎向沉降不足1mm。

斷面最大水平位移發(fā)生在停車場(chǎng)左側(cè)，靠近鐵路路基邊坡，最大水平位移約2.36mm，方向向右，為左荷載引起的土體位移。停車場(chǎng)附近土體基本無水平位移。以主體結(jié)構(gòu)左側(cè)墻為x=0，以頂板(底板)寬度方向?yàn)閤軸、頂板(底板)垂直位移為y軸建立坐標(biāo)系，計(jì)算結(jié)果繪制成曲線圖如圖2所示。

圖2 第一階段主體結(jié)構(gòu)頂、底板位移圖

主體結(jié)構(gòu)平面計(jì)算共分6跨，變形主要發(fā)生在最左側(cè)和最右側(cè)一跨。頂板最大垂直位移為-0.78mm，底板豎向沉降最大值為-0.79mm，該工況條件下，垂直位移值不足1mm，停車場(chǎng)主體結(jié)構(gòu)整體位移較小。

3.2 布置第一道支撐、開挖至坑底后的位移

隨著開挖到達(dá)基坑底部，土體位移明顯增大。計(jì)算斷面最大豎向沉降值為-17.5mm?？拥装l(fā)生隆起，隆起值最大約30.52mm。基坑開挖至坑底時(shí)，整個(gè)斷面水平位移明顯增大，其最大位移值位于左側(cè)基坑，約為19.35mm，方向向右；右側(cè)基坑最大位移約為-14mm，方向向左。

主體結(jié)構(gòu)平面計(jì)算共分6跨，最大變形發(fā)生在最右側(cè)一跨，頂板最大垂直位移-2.37mm，底板豎向沉降最大值為-2.36mm，該工況軌道位置處最大沉降為-1.07mm。如圖3所示。

圖3 第二階段主體結(jié)構(gòu)頂、底板位移圖

3.3 澆筑底板、拆除支撐后的位移

相對(duì)于上一工況，澆筑底板、拆除支撐后，計(jì)算斷面坑底隆起值和坑外沉降值變化不大。豎向沉降最大值約-20mm，相對(duì)于上一工況沉降最大值增大2.5mm，坑底隆起最大值約29.22mm，與上一工況一致。此工況時(shí)斷面水平位移最大點(diǎn)從基坑底部往上移動(dòng)，水平位移增大。左側(cè)基坑最大水平位移約32.26mm，方向向右，較上一工況增大約13mm；右側(cè)基坑最大水平位約-24mm，方向向左，較上一工況增大10mm。

停車場(chǎng)主體結(jié)構(gòu)平面計(jì)算最大變形發(fā)生在最右側(cè)一跨，計(jì)算跨度6.9m，頂板最大垂直位移-2.60mm，底板豎向沉降最大值為-2.61mm。該工況軌道位置處最大沉降為-1.1mm，滿足要求地鐵線路對(duì)垂直位移要求。如圖4所示。

圖4 第三階段主體結(jié)構(gòu)頂、底板位移圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)武漢地區(qū)某臨近地鐵深基坑工程的數(shù)值模擬，對(duì)比、分析深基坑施工后監(jiān)測(cè)變形數(shù)據(jù)，得出如下結(jié)論:

采用HSS本構(gòu)模型對(duì)基坑工程進(jìn)行數(shù)值模擬，得到模擬結(jié)果為基坑開挖過程中放坡開挖、布置第一道支撐時(shí)，垂直位移值不足1mm，水平位移不足0.1mm，停車場(chǎng)主體結(jié)構(gòu)整體位移較?。婚_挖至坑底后，該工況條件下軌道位置處最大沉降為-1.07mm；澆筑底板、拆除第一道撐后，軌道位置處最大沉降為-1.1mm。而施工過程中，軌道位置處實(shí)際監(jiān)測(cè)值在3個(gè)工況條件下，位移均值分別是-0.71、-1.12、-1.17mm。模擬計(jì)算采用對(duì)稱開挖，故結(jié)果中主體結(jié)構(gòu)開挖停車場(chǎng)主體結(jié)構(gòu)水平方向受力均衡。計(jì)算的成果和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值對(duì)比，兩者較為接近，驗(yàn)證了HSS本構(gòu)模型在武漢地區(qū)的適用性。