李得喜
(深圳市港嘉工程檢測有限公司,廣東 深圳 518126)
由于城市外來人口的迅速增加造成醫(yī)療資源的供需不足,以及建設(shè)用地的緊張,廣東省深圳市某醫(yī)院需在原綜合樓旁進(jìn)行擴(kuò)建。為避免擴(kuò)建項目基坑工程開挖影響原有建筑物的正常使用,需要嚴(yán)格控制基坑變形[1]。本項目采用理正深基坑軟件對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)計算,并用有限元軟件MIDAS/GTS對基坑開挖變形進(jìn)行了仔細(xì)分析[2]。
深圳市某醫(yī)院擴(kuò)建項目基坑周長約310 m,開挖深度9.1~9.4 m,局部開挖10 m。東側(cè)為原有6層醫(yī)院綜合樓,基礎(chǔ)為天然地基擴(kuò)大基礎(chǔ),建筑物距基坑開挖邊線最近約2.6 m;西側(cè)為4棟8層小區(qū)住宅,建筑物距基坑開挖邊線約2.4 m。場地地貌單元屬沖洪積平原地貌,有較厚的砂層,從上往下地層見表1。
表1 各地層巖土工程參數(shù)選取表
基坑支護(hù)設(shè)計主要情況:本項目無放坡條件,支護(hù)難度大,對沉降與變形要求高,需采用樁+錨索、樁+內(nèi)支撐或地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)較為可靠,地下連續(xù)墻造價較高,為避免錨索對建筑物的影響,采用內(nèi)支撐(一道)的形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)支護(hù),護(hù)壁樁采用旋挖灌注樁Φ1 200@1 500,截水帷幕采用樁間三管旋噴樁Φ1 000@1 500,基坑安全等級按一級考慮。
該基坑劃分為6個剖面,逐個剖面進(jìn)行平面設(shè)計,采用增量法模擬基坑施工過程,得到基坑最大水平位移(15.04 mm)發(fā)生在基坑?xùn)|側(cè)鈍角位置,如圖1所示。
圖1 開挖至-9.4 m圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力位移圖
2.2.1 本構(gòu)模型
支撐、圍護(hù)樁體的變形在基坑開挖的過程中變形相對較小,在基坑施工過程中其材料不會達(dá)到屈服狀態(tài),故本計算中用線彈性材模擬支撐、樁體。根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特點,鉆孔樁(等效為地下連續(xù)墻)采用板單元模擬,支撐構(gòu)件采用梁單元模擬,腰梁、冠梁采用梁單元模擬。基坑施工的過程中產(chǎn)生的附加應(yīng)力很有可能超過巖土材料的比例極限(線彈性)而達(dá)到塑性狀態(tài),所以對于巖土材料本文采用MIDAS/GTS提供的Mohr-Coulomb彈塑性本構(gòu)模型[3]。
周邊建筑物每層取荷載20 kN/m2 [4],為了便于建模將建筑物等效成5m高的實體。
2.2.2 計算模型與工序
本計算模型對基坑進(jìn)行了一些簡化處理,因未考慮立柱及立柱樁而采取對支撐施加豎向約束。模型的全貌及支護(hù)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格模型圖如圖2~3所示。根據(jù)實際施工情況,將基坑施工開挖分成5步[5],詳見表2。
圖2 計算模型全貌
圖3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模型圖
表2 計算工序一覽表
2.2.3 計算結(jié)果分析
從基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移云圖(見圖4)可以看出,最終工況最大水平位移(約12.49 mm)發(fā)生在基坑?xùn)|側(cè)頂部。中下部主要為全~強(qiáng)風(fēng)化地層,土質(zhì)情況較好,因此,水平位移較小。
圖4 開挖至-9.4 m圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移云圖
與理正深基坑計算結(jié)果(見圖1)相比,水平位移偏小,究其原因在于基坑的空間效應(yīng),以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的切向剛度存在,控制了基坑的變形。
1)理正深基坑和MIDAS/GTS兩種建模方法采取不同的原理,前者屬于荷載-結(jié)構(gòu)法,后者跳出荷載-結(jié)構(gòu)法的束縛,而從整體上進(jìn)行考慮[6]。由于空間效應(yīng)的存在,后者計算出來的水平位移較前者要小,因此,在基坑設(shè)計中采用理正深基坑平面建模方法是偏于安全的。
2)在深厚砂層和周邊為天然地基淺基礎(chǔ)建筑物條件下,本項目采用旋挖灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)、旋噴樁止水取得了良好的支護(hù)效果,基坑順利施工完成,且最終監(jiān)測結(jié)果顯示支護(hù)結(jié)構(gòu)測點最大水平位移為13.5 mm,發(fā)生于基坑?xùn)|側(cè)鈍角位置,與設(shè)計分析結(jié)果較吻合,可為本地區(qū)同類工程設(shè)計提供參考。
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