魏波

針對(duì)某地鐵車站深基坑實(shí)際情況，在建立計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼支撐滯后架設(shè)造成的影響進(jìn)行深入分析，以此為后續(xù)施工與監(jiān)測提供可靠的參考借鑒，起到保證施工安全的作用。

一、工程概況

某地鐵車站工程深基坑總長約392m，其標(biāo)準(zhǔn)段開挖施工寬度在24m左右，挖深17m左右，基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻，墻深26m，嵌入基坑底部9m，以鋼支撐與鋼混支撐為內(nèi)支撐體系，首道支撐采用鋼混支撐，按8m的水平間距設(shè)置，另外兩道為鋼支撐，按3．5～4．0m的水平間距設(shè)置。該站結(jié)構(gòu)采用明挖順作法施工，于首道支撐施工完成且強(qiáng)度滿足要求后進(jìn)行開挖，其斷面的開挖順序?yàn)椋合乳_挖到地表下部4．5m，然后開挖到地表下部7．5m，再開挖到地表下部9．5m，設(shè)置第二道支撐；繼續(xù)開挖到地表下部11．5m、14．0m和16．0m，設(shè)置第三道支撐；最后開挖到基坑的底部。

二、計(jì)算模型

為對(duì)各位置上的鋼支撐的滯后架設(shè)程度造成的影響進(jìn)行系統(tǒng)探究，找出滯后程度和圍護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩和變形與地表沉降之間的關(guān)系，需建立相應(yīng)的計(jì)算模型，采用數(shù)值模擬分析研究。

1．模型構(gòu)建

將以上地鐵車站的深基坑作為背景，構(gòu)建相應(yīng)的計(jì)算模型。該深基坑的挖深為17m，寬24m，寬度為挖深5倍，底部厚度為挖深3倍，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總長為26m，進(jìn)入深基坑底部9m，設(shè)置3道支撐體系，分別為鋼混支撐、鋼支撐×2，第一道處在地表下部1m，另外兩道分別處在地表下部7m與11．5m。

2．主要參數(shù)

深基坑底層基巖為強(qiáng)風(fēng)化或微風(fēng)化花崗巖，選擇摩爾庫倫模型，它的物理力學(xué)參數(shù)如下表所示。

深基坑基巖主要物理力學(xué)參數(shù)

其它地層都選擇HSS模型，以地質(zhì)勘查成果為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)有資料，經(jīng)假設(shè)獲得土體主要物理力學(xué)參數(shù)。

該深基坑所用圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地連墻，厚度800mm，用板單元進(jìn)行模擬，物理力學(xué)參數(shù)：（1）軸向抗壓剛度為2．52×107kN；（2）抗彎剛度為1．34×106kNm2·m-1；（3）厚度為0．8m；（4）容重為24kN·m-3；（5）Poisson比為0．17。

三、深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與地表沉降受鋼支撐架設(shè)之后的影響

1．深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在水平方向上的變形所受影響

第2、3道支撐分別和均出現(xiàn)滯后架設(shè)條件下的深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在水平方向上發(fā)生的變形如圖1所示。伴隨鋼支撐架設(shè)的實(shí)際滯后程度不斷增大，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生的水平變形明顯增加，變形的最大值產(chǎn)生位置還伴隨滯后程度增大顯著上移；無論架設(shè)是否滯后，水平變形都表現(xiàn)為中間比兩邊大，類似于鼓肚形。

圖1 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移

2．地表沉降變形所受影響

深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平方向變形和地表沉降之間的關(guān)系曲線如圖2所示。伴隨滯后程度不斷增加，沉降都明顯增大。地表沉降的最大值和水平變形的最大值具有相同的變化規(guī)律，即當(dāng)滯后程度完全相同時(shí)，沉降最大值實(shí)際增長量比分別滯后略大；若滯后程度為5m，則分別滯后引起的沉降，其最大值的增長量等于正常施工50%；當(dāng)滯后程度完全相同時(shí)，沉降最大值的增長量等于正常施工110%。

圖2 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平方向變形和地表沉降之間的關(guān)系曲線

3．深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩所受影響

伴隨滯后程度不斷增加，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的彎矩都明顯增大；若第三道支撐的架設(shè)有所滯后，則對(duì)深基坑進(jìn)行開挖施工時(shí)，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受前一道支撐的約束將增強(qiáng)，使第二道支撐周圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)向深基坑外部反向彎曲的現(xiàn)象，導(dǎo)致其負(fù)彎矩明顯增大，但若第二道支撐的架設(shè)也有一定滯后，則深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受約束作用將減弱，這一部位的負(fù)彎矩不大。

伴隨滯后程度增大，若第二道支撐的架設(shè)有所滯后，則它對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)造成的彎矩影響相對(duì)最小，由第三道支撐的滯后架設(shè)造成的影響居中，當(dāng)支撐都滯后時(shí)，對(duì)彎矩造成的影響可以達(dá)到最大。當(dāng)滯后程度相同時(shí)，第二和第三道支撐都滯后架設(shè)造成的彎矩增長大于分別滯后增長總和。當(dāng)滯后程度為5m時(shí)，第二道支撐的架設(shè)有所滯后造成的彎矩增長等于正常施工23%左右，第三道支撐的架設(shè)有所滯后造成的彎矩增長等于正常施工67%左右，都滯后時(shí)，彎矩增長等于正常施工的一倍。

四、結(jié)語

將某采用內(nèi)撐式結(jié)構(gòu)的深基坑作為研究背景，以實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開展有限元分析，利用施工超挖厚度對(duì)支撐結(jié)構(gòu)架設(shè)的滯后程度予以表征，然后深入分析支撐結(jié)構(gòu)架設(shè)實(shí)際滯后程度對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身和地表發(fā)生的沉降現(xiàn)象造成的影響。最后得出下列結(jié)論：

1．通過對(duì)工程實(shí)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析可以看出，對(duì)基坑的中間進(jìn)行開挖時(shí)，支撐結(jié)構(gòu)滯后架設(shè)容易使深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在水平方向上的變形與地表沉降都明顯增加，導(dǎo)致基坑自身與周圍都受到不利影響，亟需加強(qiáng)監(jiān)測。

2．當(dāng)支撐結(jié)構(gòu)架設(shè)的滯后程度相同時(shí)，第二與第三道支撐結(jié)構(gòu)都滯后架設(shè)對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)造成的影響比分別滯后總和大，在實(shí)際施工過程中，應(yīng)防止兩道支撐結(jié)構(gòu)的架設(shè)都滯后。

3．當(dāng)?shù)诙c第三道支撐結(jié)構(gòu)的架設(shè)出現(xiàn)分別滯后時(shí)，其對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)造成的影響大體相同，然而，若第三道支撐結(jié)構(gòu)的架設(shè)滯后，則其造成的影響比第二道大。若圍護(hù)結(jié)構(gòu)的彎矩過大，則會(huì)使結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂。基于此，與第二道支撐結(jié)構(gòu)相比，當(dāng)?shù)谌乐谓Y(jié)構(gòu)的架設(shè)出現(xiàn)滯后時(shí)，更容易導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂。