吳開元 段 穎 楊 科

（山東匯友市政園林集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

基坑開挖過程中，由于開挖造成土體原有應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，應(yīng)力重分布過程中導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，主要表現(xiàn)為基坑周邊土體沉降、圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移以及坑底隆起等3種變形形式。為保證基坑施工安全，選擇合適的支護(hù)方案十分重要，因此研究基坑支護(hù)方案的支護(hù)效果是有必要的。以縱支八路橋涵基坑為工程背景，通過數(shù)值模擬的方法，對(duì)3種支護(hù)方案下基坑結(jié)構(gòu)變形和土體變形進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果總結(jié)基坑變形規(guī)律。

1 工程概況

縱支八路位西起空天花園橫一路，東至房晨路，道路全長(zhǎng)4.5km，規(guī)劃為城市快速路，道路紅線寬100m，雙向十二車道，其中橋涵長(zhǎng)1568m。場(chǎng)地地勘報(bào)告如下：

（1）第四系全新統(tǒng)人工堆積：素填土，海積淤泥質(zhì)黏土，沖洪積淤泥質(zhì)黏土、細(xì)砂、中砂，第四系上更新統(tǒng)淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、粗砂、礫砂、圓礫，花崗巖殘積礫質(zhì)黏性土；

（2）第四系全新統(tǒng)沖積層：粉土，粉質(zhì)黏土，含有機(jī)質(zhì)黏土；

（3）第四系全新統(tǒng)沖洪積層：粉質(zhì)黏土，粉土，粉質(zhì)黏土，細(xì)沙；

（4）第四系更新統(tǒng)沖洪積層：粉質(zhì)黏土，淺棕黃色，可塑，局部硬塑，含鐵錳氧化物，少量姜石，局部黏性含量較高為黏土，該層僅在兩座橋梁附近揭示。

2 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

在施工過程中地表建筑物的下沉、傾斜、開裂可以判斷建筑物的安全性，并可判斷支護(hù)措施的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性[1]，因此對(duì)基坑和周邊建筑的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)?；又苓叧两道镁芩疁?zhǔn)儀監(jiān)測(cè)，在基坑周邊布置測(cè)點(diǎn)，通過觀測(cè)測(cè)點(diǎn)數(shù)值來判斷周邊地表建筑物的下沉量及傾斜情況，并根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的糾偏加固措施。水平位移通過高精度激光測(cè)量?jī)x進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)基坑大小、深度、周圍建筑物管線分布情況及結(jié)構(gòu)類型與荷載分布綜合確定測(cè)點(diǎn)。

建筑物的測(cè)點(diǎn)應(yīng)先在堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)上鉆眼，將沉降觀測(cè)釘置于特定位置，做好標(biāo)記，之后用與原建筑材料同配比水泥漿或水泥砂漿填實(shí)，位置選取一般在通視較好的位置，便于觀測(cè)，并做好測(cè)點(diǎn)保護(hù)工作?；訙y(cè)點(diǎn)在基坑開挖前布置，位置選取在紅線范圍外、靠近基坑選取不同距離設(shè)置[2]。因支護(hù)結(jié)構(gòu)方式不同，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)方法也有所不同。放坡開挖與噴錨支護(hù)的支護(hù)結(jié)構(gòu)采用土體鉆孔的方法埋設(shè)測(cè)斜管；鋼板樁支護(hù)在樁頂用沖擊鉆打孔，將水準(zhǔn)釘埋設(shè)到指定位置處；沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以將水準(zhǔn)釘澆筑在指定位置。

測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)滿足在能反映結(jié)構(gòu)變形的基礎(chǔ)上，做到測(cè)點(diǎn)少而精，做到精簡(jiǎn)成本、便于監(jiān)測(cè)記錄，減少布點(diǎn)對(duì)基坑和周邊建筑物的影響。根據(jù)以上原則，基坑測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 基坑測(cè)點(diǎn)布置示意

3 基坑變形數(shù)值模擬

3.1 模型建立

利用ABAQUSER 軟件建立基坑模型進(jìn)行變形分析[3]，對(duì)橋涵基坑3種支護(hù)工況分別建模，分析不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)下基坑變形規(guī)律。建立模型的水平方向?yàn)閄方向，豎直方向?yàn)閅方向。綜合考慮基坑變形影響范圍，X方向取150m，Y方向取原地面標(biāo)高以下100m。模型的左右側(cè)邊界處施加X向位移約束，坑底邊界施加X、Y雙向約束，忽略其余因素，認(rèn)為基坑為對(duì)稱結(jié)構(gòu)[4]。同時(shí)考慮施工便道、坑邊堆載及動(dòng)載對(duì)基坑穩(wěn)定性影響，施加20kPa的坑邊超載。采用三角形十五節(jié)點(diǎn)單元進(jìn)行模型劃分，模型及網(wǎng)格劃分如圖2所示，計(jì)算模型共劃分為1266個(gè)單元，9618個(gè)節(jié)點(diǎn)。

圖2 計(jì)算模型及網(wǎng)格劃分

3.2 基坑變形計(jì)算結(jié)果分析

放坡明挖無任何支護(hù)條件下，基坑周邊沉降及坑底隆起計(jì)算結(jié)果云圖如圖3所示。

圖3 無支護(hù)條件下基坑周邊沉降及坑底隆起云圖

由圖3可以看出，基坑在無任何支護(hù)措施時(shí)，無論地表沉降還是坑底隆起，變形數(shù)值都比較大，尤其是坑底隆起，最大值已經(jīng)接近120mm。還可以看出，土體開挖過程中，基坑開挖土體后土體應(yīng)力發(fā)生改變，由于基坑周邊土體應(yīng)力得到釋放，土體向基坑開挖側(cè)方向移動(dòng)，呈現(xiàn)基坑周邊地表沉降，越遠(yuǎn)離基坑，地表沉降越小的規(guī)律[5]。

根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，不同工況下地表沉降及坑底隆起如圖4所示，各工況坑底隆起極值及位置見表1所示，各工況沉降極值及位置見表2所示。

表1 各工況坑底隆起極值及位置

表2 各工況沉降極值及位置

圖4 不同工況地表沉降及坑底隆起曲線

由圖4、表1、表2可以看出，與坑壁距離越遠(yuǎn)，地表沉降越小，最后無限接近于0，說明基坑開挖對(duì)周圍建筑物及管線的影響是有限的。在滿足安全的條件下，基坑開挖對(duì)地表的影響范圍區(qū)間為距離坑壁[6]（0，100m）。3種工況中，鋼板樁支護(hù)條件下，地表沉降最大值約為23.941mm，距離坑壁越遠(yuǎn)，沉降差越小[7]；放坡開挖錨噴支護(hù)條件下最大沉降差達(dá)到32.695mm；放坡開挖無支護(hù)條件下地表沉降最大，其極值達(dá)到36.043mm?？拥茁∑鹂傮w趨勢(shì)呈波浪型曲線分布，這是由于本地區(qū)地下水位高，土層中含有磐石，建模時(shí)對(duì)有磐石區(qū)域單元施加約束，因此坑底隆起模擬結(jié)果呈現(xiàn)波浪形。鋼板樁支護(hù)條件下，坑底隆起最大值為30.84mm，最小值接近1.02mm；放坡開挖錨噴支護(hù)條件下，坑底隆起最大、最小值分別為67.54mm，2.17mm；放坡開挖無支護(hù)條件下，坑底隆起最大，極值分別為120mm，3.28mm。

4 模擬結(jié)果與監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比

由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多，選取具有代表性的模擬與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不同工況下數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比如圖5所示。

由圖5可知，模擬結(jié)果整體要比監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)大，但差距不大，說明模擬結(jié)果有一定的安全儲(chǔ)備[8]，且整體趨勢(shì)和實(shí)際工程中較吻合，證明了模型的可靠性。隨著基坑的開挖，隆起量越來越大；鋼板樁支護(hù)條件下，基坑開挖時(shí)坑底隆起值最大在2.2mm左右，在1～2mm居多；錨噴支護(hù)條件下，隨著開挖的進(jìn)行，隆起值逐漸增大，最大值在8mm左右，并且隨著開挖的進(jìn)行，隆起起伏也增大。無支護(hù)開挖時(shí)，距坑壁10～15m的位置坑底隆起起伏最大。5結(jié)束語采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)合的手段，對(duì)縱支八路橋涵基坑3種支護(hù)條件下基坑開挖引起的變形規(guī)律進(jìn)行分析研究，得出以下結(jié)論：

（1）根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，無論基坑周邊沉降值還是坑底隆起值，均是無支護(hù)時(shí)最大，錨噴支護(hù)條件下次之，鋼板樁支護(hù)條件下最小。

（2）基坑周邊沉降隨著基坑開挖土體卸荷逐漸增大，最后趨于穩(wěn)定[9]；隨著距離基坑坑壁越遠(yuǎn)，基坑開挖對(duì)周邊土體的影響越小，最后趨向于0。

（3）無論哪種支護(hù)方案，橋涵基坑變形規(guī)律存在時(shí)效性：根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，各測(cè)點(diǎn)的沉降及隆起速率隨著開挖暴露的時(shí)間越長(zhǎng)而逐漸增大，最后趨于穩(wěn)定。距離坑壁越遠(yuǎn)，沉降值越小[10]，基坑開挖對(duì)基坑周邊影響距離約為100m。

（4）從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬值對(duì)比可以看出，不同支護(hù)方式下基坑變形規(guī)律有所不同，在土質(zhì)不好的前提下，優(yōu)先選用鋼板樁支護(hù)，此時(shí)基坑變形最小，最穩(wěn)定，施工最安全。

以上結(jié)論對(duì)以后軟土地區(qū)基坑施工中選擇支護(hù)方式、控制結(jié)構(gòu)變形有一定指導(dǎo)意義，可為類似工程地質(zhì)條件下的基坑支護(hù)提供技術(shù)指導(dǎo)。