宋 翔，喬麗紅

(天津市勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300191)

深基坑施工易誘發(fā)地表沉降，對相鄰建筑物會產(chǎn)生極大影響。因此，評估和控制地下空間開發(fā)引起的沉降和垮塌風(fēng)險，是當(dāng)前深基坑開挖研究的重點之一。地下連續(xù)墻是最寬的原位墻之一，它能提供結(jié)構(gòu)支撐且具有水密性，是許多深基坑工程、大型土木工程、地下停車場和地鐵隧道應(yīng)用最廣泛的支撐技術(shù)之一。豐土根等[1]依托南京市和燕路過江通道八卦洲明挖段實際工程,針對懸掛式地下連續(xù)墻深基坑支護方式,動態(tài)模擬基坑開挖,研究地連墻墻體深層水平位移和墻體彎矩變化規(guī)律；唐寅偉等[2]以蘇州地鐵5號線某車站地下連續(xù)墻施工為研究背景,采取了增加導(dǎo)墻剛度、選擇合適成槽機械、合理劃分槽段、間隔施工地連墻槽段及控制泥漿參數(shù)等控制措施,并對槽長、土體摩擦角、泥漿液面高差等影響地連墻槽壁穩(wěn)定性的因素進行了分析；蔡子勇等[3]基于MATLAB語言,采用遺傳算法對地連墻厚度、墻體嵌入深度及支撐位置進行優(yōu)化設(shè)計,通過ANSYS軟件對優(yōu)化前后進行分析比對,并結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測進行可行性評價；酈亮等[4]以寧波軌道交通3號線某區(qū)間隧道為依托,在基坑工程與虛擬隧道之間開展注漿現(xiàn)場試驗,測試得到了虛擬隧道水平位移、地連墻水平位移和壓力、土體孔壓數(shù)據(jù),研究了注漿對隧道的保護機制。此外還有部分學(xué)者采用機器學(xué)習(xí)，現(xiàn)場實測等方法對地連墻進行了細致研究[5-7]。

本文針對以上文獻的分析認為，土體類型是基坑開挖工程中地連墻發(fā)生變形的關(guān)鍵因素，因為深基坑的性能取決于土和擋墻之間的相互作用。通常在強度和剛度較低的土體中開挖，會導(dǎo)致較大的墻體變形。因此本文以松散和中密砂兩種無粘性土為研究對象，采用數(shù)值軟件分析了不同地震荷載作用下，且不同平面開挖尺寸下，松砂和密砂地基中地連墻的水平位移變化特征，得到了兩種土質(zhì)下地連墻的變形范圍，研究結(jié)果可為相關(guān)工程提供借鑒。

1 工程概況與數(shù)值模型

本次基坑開挖項目位于天津市區(qū)內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場勘察地基土為松散和中密砂兩種無粘性沉積物，松散砂沉積物的細度含量約為15%，土壤的相對密度隨著上覆壓力的增加而增加，且由于細粒含量降低了沙土液化的可能性。因此，在0.1～0.2 g之間的峰值地震加速度下，土壤不會發(fā)生液化，但當(dāng)峰值地震加速度大于等于0.3 g時，松散砂層具有較高的液化潛力，應(yīng)采取相應(yīng)的控制措施。此次開挖的基坑地下水距離地表面3 m深，根據(jù)靜力學(xué)和地震條件下對地基土的研究情況，最終開挖深度取20 m，開挖總寬度取20 m，基坑開挖長寬比分別為L/B=1、L/B=3和L/B=5。圖1給出了擬開挖現(xiàn)場平面圖，基坑開挖橫截面和平面圖，共使用了四排支柱。本研究采用三維有限元程序PLAXIS，土的變形采用摩爾庫倫硬化土模型，網(wǎng)格劃分為三角形劃分技術(shù)。計算時考慮的荷載為地震荷載，峰值加速度分別為0.1 g、0.2 g、0.3 g。

圖1 模型尺寸與開挖方案

2 數(shù)值結(jié)果分析

2.1 平面開挖尺寸長寬比等于1(L/B=1)

圖2給出了平面上開挖尺寸的長寬比等于1時(L/B=1)，在靜態(tài)和地震條件下的墻體側(cè)向位移變化規(guī)律。由圖可知，在無地震條件下，密砂基坑地連墻的最大位移為0.025 m左右，發(fā)生在墻體高程為-13.5 m處，但給基坑施加地震荷載后，無論是松砂還是密砂地基，墻體的水平位移均出現(xiàn)了一定程度的增大。當(dāng)?shù)卣鸺铀俣确逯禐?.1 g時，密砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.015 m，松砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.046 m，分別發(fā)生在墻體高程-14.6 m和-16 m。當(dāng)?shù)卣鸺铀俣确逯禐?.2 g時，密砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.028 m，松砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.075 m，分別發(fā)生在墻體高程-16 m和-18.5 m；當(dāng)?shù)卣鸺铀俣确逯禐?.3 g時，密砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.03 m，松砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.105 m，分別發(fā)生在墻體高程-16.1 m和-19.5 m。此外，從圖中還可得出，松砂地基對地震荷載的響應(yīng)明顯大于密砂，密砂地基的墻體位移在地震荷載作用下變化較小；地震峰值荷載越大，墻體水平變形峰值會下移。

圖2 L/B=1時靜態(tài)和地震條件下的墻體側(cè)向位移變化規(guī)律

2.2 平面開挖尺寸長寬比等于3(L/B=3)

圖3給出了平面上開挖尺寸的長寬比等于3時(L/B=3)，在靜態(tài)和地震條件下的墻體側(cè)向位移變化規(guī)律。由圖可知，總體上來看，對地震荷載響應(yīng)最大的還是松砂地基中的地連墻，密砂地基中地連墻反映較小。當(dāng)?shù)卣鸺铀俣确逯禐?.1 g時，密砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.028 m，松砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.09 m，分別發(fā)生在墻體高程-14.5 m和-18 m。當(dāng)?shù)卣鸺铀俣确逯禐?.2 g時，密砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.03 m，松砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.135 m，分別發(fā)生在墻體高程-15.1 m和-18.6 m；當(dāng)?shù)卣鸺铀俣确逯禐?.3 g時，密砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.037 m，松砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.195 m，分別發(fā)生在墻體高程-16.1 m和-20.5 m。從以上結(jié)果看出，在L/B=3這一開挖尺寸下，松砂地基下的地連墻最大水平位移明顯大于L/B=1這一開挖尺寸下的位移，二者位移相差0.09 m。

圖3 L/B=3時靜態(tài)和地震條件下的墻體側(cè)向位移變化規(guī)律

2.3 平面開挖尺寸長寬比等于5(L/B=5)

圖4給出了平面上開挖尺寸的長寬比等于5時(L/B=5)，在靜態(tài)和地震條件下的墻體側(cè)向位移變化規(guī)律。由圖可知，對地震荷載響應(yīng)最大的仍然是松砂地基中的地連墻，密砂地基中地連墻反映較小。當(dāng)?shù)卣鸺铀俣确逯禐?.1 g時，密砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.027 m，松砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.09 m，分別發(fā)生在墻體高程-14.4 m和-17.8 m。當(dāng)?shù)卣鸺铀俣确逯禐?.2 g時，密砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.03 m，松砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.135 m，分別發(fā)生在墻體高程-15.3 m和-18.9 m；當(dāng)?shù)卣鸺铀俣确逯禐?.3 g時，密砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.038 m，松砂地基中的地連墻最大側(cè)向位移為0.21 m，分別發(fā)生在墻體高程-15.9 m和-20.6 m。從以上結(jié)果看出，在L/B=5這一開挖尺寸下，松砂地基下的地連墻最大水平位移雖然有所增大，但與L/B=3時相差不大，二者最大位移僅相差0.016 m。

圖4 L/B=5時靜態(tài)和地震條件下的墻體側(cè)向位移變化規(guī)律

3 結(jié)語

地連墻是基坑開挖典型典型的支護方式，本文采用數(shù)值軟件分析了不同地震荷載作用下，且不同平面開挖尺寸下，松砂和密砂地基中地連墻的水平位移變化特征，結(jié)果表明：(1)減少平面開挖尺寸的長寬比(L/B)會使墻體具有更好的抗震性能，當(dāng)長寬比大于3(L/B>3)時，地連墻的水平位移變化不大；(2)墻的變形隨著高程增加而增加，但呈鐘型曲線變化，對于松散砂，三種地震荷載作用下，墻發(fā)生較大變形的高程位于-16～-21 m之間，而對于致密砂，墻發(fā)生較大變形的高程位于-11～-16 m之間；(3)無論是松砂還是密砂地基，墻體的水平位移與地震荷載成正比。松砂地基對地震荷載的響應(yīng)明顯大于密砂，密砂地基的墻體位移在地震荷載作用下變化較??；地震峰值荷載越大，墻體水平變形峰值會下移。