李舒玉

(天津市勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300191)

隨著城市綜合體項(xiàng)目的開發(fā)建設(shè)，地下空間開發(fā)面積也越來越大，深基坑工程項(xiàng)目數(shù)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，部分基坑土方量超過了100萬 m2，有的甚至超過了300萬 m2。軟土地基是沿海港口城市常見的土質(zhì)類型之一，在軟土地區(qū)開挖深基坑，開挖過程產(chǎn)生的土體應(yīng)力變化將直接影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和坑底土體的變形[1]。因此，研究軟土深基坑開挖時(shí)，樁基力學(xué)效應(yīng)具有重要意義[2-3]。王龍等[4]針對(duì)深圳某填土區(qū)線型深基坑開展有限元模擬,分析了不同圍護(hù)樁插入比以及加固條件下坑底回彈變形和地表沉降的分布規(guī)律；程雪松等[5]采用不連續(xù)布局優(yōu)化法對(duì)不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入比條件下的基坑坑底隆起失穩(wěn)滑動(dòng)面進(jìn)行分析;通過大量計(jì)算得到可用于判斷滑動(dòng)面是否通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)底端的不同基坑開挖深度下土體強(qiáng)度和圍護(hù)結(jié)構(gòu)臨界插入比的冪函數(shù)關(guān)系表達(dá)式；李煜峰等[6]以上海竹園2-16-1地塊項(xiàng)目深基坑工程為背景,介紹了鄰近地鐵的軟土深基坑變形控制方法及其效果；劉剛等[7]以媽灣跨海通道大鏟灣段綜合管廊基坑工程為背景,基于MIDAS GTS NX對(duì)使用地下連續(xù)墻以及內(nèi)支撐支護(hù)的深基坑開挖全過程進(jìn)行模擬,計(jì)算分析了不同開挖階段下周圍地層和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特性。此外還有部分學(xué)者基坑開挖結(jié)構(gòu)施工方法進(jìn)行了細(xì)致研究[8]。本文以天津某軟土地基深基坑為例，采用PLAXIS分析了不同開挖深度下，樁基的沉降與彎矩變化規(guī)律，同時(shí)也對(duì)比分析了擋墻加固后樁基的水平位移變化情況，研究結(jié)果可為相關(guān)工程提供參考。

1 數(shù)值模型及計(jì)算參數(shù)

本次基坑開挖項(xiàng)目位于天津市區(qū)內(nèi)，地表和地下水位之間的距離為1.5 m，模型寬45 m，長(zhǎng)56 m，高48 m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察地基土可分為六個(gè)工程地質(zhì)層：(1)人工填土層(Qml)，主要由素填土組成，大堤上素填土厚度2.1 m，呈褐黃～灰黃色，可塑狀態(tài)為主，無層理，粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)土為主，局部夾粉土薄層，表層含植物根莖等，屬中壓縮性土為主。填墊年限大于十年；(2)粉質(zhì)黏土層，呈褐黃～灰黃色，軟塑～可塑狀態(tài)，無層理，含鐵質(zhì)、有機(jī)質(zhì)，屬中壓縮性土，局部夾黏土透鏡體，厚度12.3 m；(3)淤泥質(zhì)黏土層，呈灰色，流塑狀態(tài)，有層理，含貝殼，屬高壓縮性土。局部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、黏土，厚度4.6 m；(4)粉質(zhì)黏土層，呈灰色，軟塑狀態(tài)為主，有層理，含貝殼，屬中壓縮性土。局部夾淤泥質(zhì)土、黏土透鏡體，厚度5.8 m；(5)上更新統(tǒng)第四組濱海潮汐帶沉積層(Q3dmc)，主要由黏土組成，呈灰～黃灰色，可塑狀態(tài)，有層理，含貝殼，屬中(偏高)壓縮性土。局部夾粉質(zhì)黏土透鏡體，厚度5.6 m。 圖1為本次建立的數(shù)值模型，施工機(jī)械和附近建筑物荷載取10 kN/m，位于天然地面上。此外，在施工期間開挖土壤被移動(dòng)和收集到距離開挖約1 m的地方，因此取70 kN/m。樁基布置方式如圖中加密處所示。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(jì)算時(shí)開挖深度為1.8和3.8 m。

圖1 數(shù)值計(jì)算模型

2 數(shù)值結(jié)果分析

2.1 樁基沉降與彎矩

圖2為不同開挖深度下，樁基最大沉降位移。由圖可知，當(dāng)開挖深度為1.8 m時(shí)，第121號(hào)樁的沉降最大，為13.8 cm，而154號(hào)樁沉降最小僅為9.4 cm。而當(dāng)開挖深度為3.8 m時(shí)，同樣也為第121號(hào)樁的沉降最大，達(dá)到了61.2 cm，而154號(hào)樁沉降最小僅為31.6 cm，二者相差近50%?？傮w上隨著開挖深度的增加，樁體沉降位移出現(xiàn)了明顯增長(zhǎng)，開挖深度相差2 m，但最大位移相差51.8 cm。圖3為不同開挖深度下，樁基最大彎矩。由圖可知，當(dāng)開挖深度為1.8 m時(shí)，最大彎矩發(fā)生在151號(hào)樁，為64.67 kN·m，而最小彎矩發(fā)生在153號(hào)樁，為47.79 kN·m。當(dāng)繼續(xù)開挖至3.6 m時(shí)，最大彎矩則發(fā)生在121號(hào)樁，達(dá)到了389.2 kN·m，而最小彎矩發(fā)生在154號(hào)樁，為108.05 kN·m。由此可見，隨著開挖深度的增加，不僅樁基沉降發(fā)生較大的增長(zhǎng)，彎矩也同樣發(fā)生了較大增長(zhǎng)，兩種開挖深度下彎矩的最大最小值相差341.41 kN·m。出現(xiàn)這一現(xiàn)象是由于地基土在開挖卸荷后，會(huì)減小土的側(cè)向壓力，而樁基沉降與土的側(cè)向壓力成正相關(guān)，因此隨著開挖進(jìn)行，樁基會(huì)發(fā)生較大的沉降，尤其是軟土這種流變性較大的土質(zhì)。因此本文建議開挖過程中，應(yīng)采用止水帷幕和擋墻對(duì)地基進(jìn)行加固來控制樁基沉降。

圖2 不同開挖深度下樁基最大沉降位移

圖3 不同開挖深度下樁基最大彎矩

2.2 擋墻加固后樁基水平位移分析

圖4為不同開挖深度下，擋墻加固后樁基水平位移變化規(guī)律，其中選取的典型樁基為155號(hào)-158號(hào)樁基。由圖可知，總體上來看，4根樁基在地基深度為26 m時(shí)，開挖深度對(duì)樁基的水平位移無影響，兩種開挖深度下均維持在2 cm左右，但當(dāng)?shù)鼗疃刃∮?6 m時(shí)，開挖深度越大，樁基的水平位移最大。開挖深度為1.8 m時(shí)，155、156、157、158號(hào)樁的最大水平位移分別為10 cm、9 cm、8.8 cm、9.1 cm，當(dāng)開挖深度為3.8 m時(shí)，4跟樁的最大水平位移分別為25 cm、25.1 cm、25.2 cm、25.4 cm。從圖也可得出，擋墻加固后的地基可大大減小樁基的位移，是處理軟弱地基的有效方法之一。其原理是當(dāng)?shù)鼗惺茌^大荷載而發(fā)生變形時(shí)，墻體與土體界面上的摩擦阻力將增大并增強(qiáng)對(duì)土體側(cè)向變形的限制，從而減小了地基的豎向和水平變形，增大了地基承載力和地基的穩(wěn)定性，從而減小了樁基的側(cè)向位移。

圖4 不同開挖深度下?lián)鯄庸毯髽痘轿灰?/p>

3 結(jié)語

軟土地基強(qiáng)度低，壓縮性較高，沉降量大，往往給深基坑開挖工程帶來很大的危害，如處理不當(dāng)，會(huì)給基坑施工和使用造成很大影響。本文以天津某軟土地基深基坑為例，采用PLAXIS分析了不同開挖深度下，樁基的沉降與彎矩變化規(guī)律，同時(shí)也對(duì)比分析了擋墻加固后樁基的水平位移變化情況，結(jié)果表明：(1)隨著開挖深度的增加，樁體沉降位移出現(xiàn)了明顯增長(zhǎng)；(2)隨著開挖深度的增加，不僅樁基沉降發(fā)生較大的增長(zhǎng)，彎矩也同樣發(fā)生了較大增長(zhǎng)；(3)在地基深度為26 m時(shí)，開挖深度對(duì)樁基的水平位移無影響，兩種開挖深度下均維持在2 cm左右，但當(dāng)?shù)鼗疃刃∮?6 m時(shí)，開挖深度越大，樁基的水平位移最大。