牛平平，李棟梁，王 蒙，賀 苗，黃 偉，李乃回，祁國軍

(徐州市水利建筑設(shè)計研究院，江蘇 徐州 221000)

河道整治工程中，常見的地層為雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、淤泥、砂卵石層等結(jié)構(gòu)較為松散、強度較為低下的巖土體。在臨近河水區(qū)域修建水利建筑物時，往往需要對河道進行開挖形成深基坑，因此準確分析基坑的穩(wěn)定性尤為重要。袁宗浩等對偏壓作用下基坑底部隆起進行分析，獲取了抗隆起上限值；黃偉笑研究了多級開挖對邊坡穩(wěn)定性的影響；劉漢露等使用未確知測度方法對基坑開挖后的邊坡穩(wěn)定性進行預(yù)測評價；王瀟宇、王中達等使用強度折減法對基坑開挖后的穩(wěn)定性進行數(shù)值模擬分析，數(shù)值模擬結(jié)果可為工程設(shè)計提供參考。目前，有較多的專家學(xué)者針對數(shù)值模擬方法和卵石層深基坑穩(wěn)定性問題進行了專項研究，并取得了較為豐碩的成果。本文在前人研究基礎(chǔ)上，結(jié)合拉薩河城區(qū)段治理工程，對河流區(qū)域深基坑開挖穩(wěn)定性進行研究，以期為工程支護提供參考。

1 工程概況

2 深基坑穩(wěn)定性分析

影響深基坑開挖穩(wěn)定性的因素較多，主要有地層結(jié)構(gòu)、支護方案、施工工藝、地下水類型等。結(jié)合拉薩河城區(qū)段該攔河閘工程，建立離散元(PFC)數(shù)值模擬模型如圖1所示，對臨河富水厚層砂卵石地區(qū)深基坑開挖的穩(wěn)定性問題進行研究。

一般情況下，在深基坑開挖施工過程中需要設(shè)置多個降水井，將地下水水位降至基坑底部以下，因此，本次數(shù)值模擬分析不考慮地下水對基坑穩(wěn)定性的影響。采用PFC進行數(shù)值模擬分析時，將所研究的巖土體劃分為多個離散單元，力學(xué)模型較為簡單。

2.1 數(shù)值模擬模型建立

在卵石地區(qū)，常用的支護方法有支護樁和內(nèi)支撐。此次水閘開挖基坑為長方形，典型地質(zhì)斷面為：雜填土(0～2.0m)、粉質(zhì)黏土(4～6m)、細砂(6～7m)、卵石層(7～21m)、泥巖(21～30m)，此次泥巖未揭穿，深基坑采用支護樁和鋼支撐方法。設(shè)計支護樁樁長為24.0m，共架設(shè)4道鋼管橫撐。由于基坑地層分布較為均勻，因此僅選擇一個斷面進行數(shù)值模擬分析。

2.2 計算參數(shù)選取

數(shù)值模擬計算參數(shù)的選取主要是根據(jù)現(xiàn)場原位試驗、周邊工程經(jīng)驗以及室內(nèi)力學(xué)試驗，各地層數(shù)值模擬參數(shù)見表1。

表1 各地層數(shù)值模擬參數(shù)

圖1 PFC數(shù)值模擬圖

2.3 鋼支撐施工時間確定

數(shù)值模擬計算步驟主要是依據(jù)深基坑開挖施工工藝確定。本工程采用明挖法，進行分層開挖，并依次架設(shè)鋼支撐，在施工過程中，優(yōu)化鋼支撐的施工時機，以保證深基坑的穩(wěn)定性和施工進度需求。為了確定首道支撐的最優(yōu)時間，使用數(shù)值模擬方法確定深基坑直接開挖的極限深度，計算結(jié)果見表2。

表2 第一道鋼支撐施工時間

由表2計算結(jié)果可知，在不采取鋼支撐的情況下，當開挖深度達到5.0m時，支護樁側(cè)向位移大于規(guī)范允許值，因此，第一道支撐位于表面以下0.5m處。為了確定第二道支撐的施工時間，數(shù)值模擬計算結(jié)果見表3。

根據(jù)表3計算結(jié)果可知，在-0.5m處設(shè)置第一道鋼支撐情況下，當開挖深度達到7.0m時，支護樁側(cè)向位移大于規(guī)范允許值，因此，第二道支

表3 第二道支撐施工時間

撐位于表面以下5.0m處。為了確定第三道支撐的施工時間，數(shù)值模擬計算結(jié)果見表4。

表4 第三道支撐施工時間

根據(jù)表4計算結(jié)果可知，在-0.5m、-5.0m處設(shè)置第一道、第二道鋼支撐情況下，當開挖深度達到12.0m時，支護樁側(cè)向位移大于規(guī)范允許值，因此，第三道支撐位于表面以下10.0m處。為了確定第四道支撐的施工時間，數(shù)值模擬計算結(jié)果見表5。

表5 第四道支撐施工時間

根據(jù)表5計算結(jié)果可知，在-0.5、-5.0、-10.0m處設(shè)置第一道、第二道、第三道鋼支撐情況下，當開挖深度達到17.0m時，支護樁側(cè)向位移大于規(guī)范允許值，因此，第四道支撐位于表面以下15.0m處。四道鋼支撐施工后，基坑變形結(jié)果見表6。

表6 四道鋼支撐完成后變形結(jié)果

根據(jù)表6計算結(jié)果可知，設(shè)置四道鋼支撐后，基坑變形結(jié)果滿足規(guī)范要求，因此，不必加設(shè)第五道鋼支撐。

2.4 支護樁水平方向位移分析

根據(jù)上述研究結(jié)果，確定數(shù)值模擬開挖步驟，見表7。

表7 基坑模擬步驟

各步驟的支護樁水平方向變形結(jié)果如圖2所示。從圖2中可知，開挖后，變形曲線呈現(xiàn)出典型的中間大、兩頭小的特點。隨著開挖深度的不斷增加，支護樁相同部位水平方向位移不斷增大，樁體最大位移部位也逐漸下移，在基坑開挖深度范圍內(nèi)，支護樁各處水平位移均小于30.0mm，滿足設(shè)計規(guī)范要求。

圖2 變形結(jié)果

3 結(jié)論

拉薩河深基坑開挖工程較為復(fù)雜，砂卵石層分布厚，采用PFC數(shù)值模擬方法確定鋼支撐的施工時間。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，采用4道鋼支撐可以滿足基坑穩(wěn)定性要求，各處鋼支撐分別位于-0.5、-5.0、-10.0、-15.0m處，根據(jù)繪制支護樁的水平方向位移，支護樁在第五次開挖后，變形仍然小于30.0mm，滿足規(guī)范要求。