趙 歆 劉彥坡 趙俊妍 郭 旺,2

(1.天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300392; 2.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092)

隨著地鐵建設(shè)中在建地鐵附近距離較近的建筑物風(fēng)險源越來越多，地鐵基坑開挖對鄰近建構(gòu)筑物的影響也愈發(fā)受到重視。但是從現(xiàn)行研究角度來講以分析基坑開挖階段對鄰近建筑物影響較多，對地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工成槽階段對建構(gòu)筑物影響分析較少。根據(jù)天津近幾年的地鐵基坑施工經(jīng)驗，地連墻成槽過程中，周邊地表沉降最大值接近10 mm，由此可見地連墻成槽施工對周邊影響不可忽視。劉鳳洲等[1]針對天津地鐵某車站深基坑三軸高壓旋噴樁與地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工對鄰近歷史保護(hù)建筑影響的沉降監(jiān)測工作，對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)中地連墻成槽和基坑開挖對建筑物沉降影響的結(jié)果進(jìn)行對比分析，分析發(fā)現(xiàn)地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)成槽澆筑施工占到基坑施工期間全部沉降量的39%～65%。丁勇春等[2]通過對地下連續(xù)墻成槽開挖及混凝土澆筑施工的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,分別討論了槽段分段開挖、泥漿持荷時間、泥漿壓力及混凝土澆筑對槽段周圍土體側(cè)移和地表沉降的影響，其結(jié)果表明:地下連續(xù)墻開挖會引起周圍地層土體側(cè)移(向連續(xù)墻內(nèi)側(cè))和地表沉降。本文采用有限元方法對某在建地鐵車站基坑地連墻成槽施工對鄰近建筑物影響進(jìn)行分析，并與建筑物和地連墻之間施作隔離樁的模擬結(jié)果進(jìn)行對比，并分析不同位置處隔離樁對建筑物的影響，分析建筑物沉降形式，判斷建筑物的安全性。

1 地連墻成槽施工數(shù)值模擬

天津某車站大里程盾構(gòu)井處基坑開挖深度19.218 m，地連墻長度41.5 m，地連墻為800 mm厚度、C35 P8水下混凝土，采用5道撐+2道換撐的方式，盾構(gòu)井基坑?xùn)|北側(cè)有6層磚混住宅小區(qū)，基礎(chǔ)埋深1.6 m，采用淺基礎(chǔ)，最近處距大里程盾構(gòu)井基坑約17.7 m。采用二維有限元軟件PLAXIS進(jìn)行模擬，有限元邊界為固定邊界，有限元寬度深度大于3倍開挖深度。為了考慮軟土剪切硬化、壓縮硬化、加卸載、小應(yīng)變等方面力學(xué)因素，采用HSS土體本構(gòu)模型。各土層參數(shù)見表1。模擬步驟采用地應(yīng)力平衡→建筑物生成→成槽開挖與泥漿護(hù)壁→混凝土灌注→混凝土硬化。

其中泥漿護(hù)壁采用槽壁施加分布荷載的方式施加，泥漿壓力分布規(guī)律為：

Fmud=γsz。

其中，γs為泥漿重度，取12 kN/m3；z為槽壁深度。

混凝土灌注采用修改槽段開挖區(qū)域單元表面線荷載的方式模擬流態(tài)混凝土壓力并進(jìn)行計算，混凝土壓力滿足雙線分布規(guī)律：

其中，σh為混凝土澆筑壓力；z為成槽深度；hcrit為臨界深度，一般取槽深的20%～30%(hcrit=10 m)；γc為流態(tài)混凝土重度(γc=24 kN/m3)；γs為泥漿重度(γs=12 kN/m3)。混凝土硬化采用將槽內(nèi)土體賦予C35混凝土材料參數(shù)。

2 地連墻成槽施工數(shù)值結(jié)果

表1 土體物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)

地連墻開挖成槽和泥漿護(hù)壁工況下豎向位移見圖1。

該工況下基坑范圍外地表沉降最大值為14.82 mm(見圖2)。建筑物基底沉降最大值15.89 mm(見圖3)、建筑物差異沉降值最大為4 mm。

根據(jù)計算結(jié)果，二級基坑地表最大沉降量控制值為38.4 mm，而地連墻成槽所造成的地表沉降已達(dá)到控制值的39%，該數(shù)據(jù)較大，因此需對成槽對地表沉降的影響進(jìn)行控制。本站由于建筑物距離車站1倍基坑范圍內(nèi)，因此采用在建筑物和地連墻之間施作隔離樁的方法進(jìn)行控制。

3 建筑物外側(cè)施加隔離樁后地連墻成槽施工數(shù)值模擬及結(jié)果

隔離樁采用φ850@600的水泥土攪拌樁，施作位置位于建筑物外側(cè)1 m處，樁長25 m，采用彈性板單元進(jìn)行模擬，泊松比為0.2，彈性模量300 MPa。地連墻開挖成槽和泥漿護(hù)壁工況下豎向位移見圖4。

該工況下基坑范圍外地表沉降最大值為12.6 mm(見圖5)。建筑物基底沉降最大值9.7 mm(見圖6)、建筑物差異沉降值最大為1 mm。建筑物沉降由未設(shè)置隔離樁的馬鞍形變?yōu)樾本€型。說明采用隔離樁對建筑物的沉降和差異沉降控制較好。由于坑外地表沉降受到建筑物自重影響較大，因此隔離樁對地表沉降的控制無顯著效果。

4 隔離樁位于地連墻側(cè)時成槽施工數(shù)值模擬及結(jié)果對比

將隔離樁移動至距離地連墻側(cè)1 m處(靠近地連墻位置處)，其他條件不變。該工況下基坑范圍外地表沉降最大值為14.75 mm。建筑物基底沉降最大值12.41 mm(見圖7)、建筑物差異沉降值最大為1.3 mm。建筑物沉降為斜線型。說明采用在不同位置處的隔離樁對建筑物的沉降和差異沉降控制均較好，采用隔離樁對于建筑物安全性較為有利，可以較好的保證建筑物的安全性。

5 結(jié)語

1)在軟土地區(qū)中，地連墻成槽開挖對坑外地表沉降和周邊建筑物的變形會產(chǎn)生不可忽視的影響，當(dāng)建筑物距離基坑較近時，應(yīng)采取措施對其建筑物沉降加以控制。2)施作隔離樁可有效減小周邊建筑物的整體沉降和不均勻沉降，且沉降槽形狀由未加隔離樁的馬鞍形變成斜線型。但施作隔離樁對坑外地表沉降控制較差。3)隔離樁靠近建筑物比靠近地連墻時對建筑物的整體沉降和不均勻沉降的控制更好。根據(jù)計算結(jié)果，施工時將隔離樁按靠近建筑物施作考慮。