基于深大基坑首層盆式開(kāi)挖對(duì)基坑變形影響分析

郭 娜馬寧濤（周口科技職業(yè)學(xué)院 建筑系 河南 周口 466000 上海浦崗建設(shè)工程有限公司 技術(shù)負(fù)責(zé)人 上海市 閔行區(qū) 浦江鎮(zhèn) 0)

基于深大基坑首層盆式開(kāi)挖對(duì)基坑變形影響分析

郭 娜1馬寧濤2
（1周口科技職業(yè)學(xué)院 建筑系 河南 周口 466000 2上海浦崗建設(shè)工程有限公司 技術(shù)負(fù)責(zé)人 上海市 閔行區(qū) 浦江鎮(zhèn) 201112)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，大型地下工程的數(shù)量呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)。深大基坑施工在大型地下工程中占據(jù)著極其重要的地位。與其他基坑相比，深大基坑的首層盆式開(kāi)挖對(duì)基坑變形方面的要求更高。本文對(duì)基于深大基坑首層盆式開(kāi)挖對(duì)基坑變形的影響進(jìn)行分析。

深大基坑；首層盆式開(kāi)挖；基坑變形

前言：大型地下工程數(shù)量的增加意味著深大基坑工程數(shù)量的增加。在深大基坑的施工現(xiàn)場(chǎng)周?chē)?，通常存在著地下管線及容易發(fā)生變形的建筑物等，這些干擾的存在為深大基坑工程的施工帶來(lái)了一定的難度。由于深大基坑的首層盆式開(kāi)挖的墻體入土程度較大，因此需要對(duì)基坑形變進(jìn)行有效控制。

1 逆作法施工技術(shù)

1.1 逆作法施工技術(shù)的概念

逆作法施工技術(shù)是建筑基坑支護(hù)中的一種技術(shù)。逆作法施工技術(shù)可以通過(guò)對(duì)地下建筑結(jié)構(gòu)存在的自身抗力的合理利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑的支護(hù)。在運(yùn)用逆作法施工技術(shù)進(jìn)行施工的過(guò)程中，需要對(duì)梁板與柱之間、梁板與墻之間的節(jié)點(diǎn)問(wèn)題加以重視，這些節(jié)點(diǎn)會(huì)對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)是否協(xié)調(diào)等方面產(chǎn)生一定的影響[1]。

1.2 逆作法施工技術(shù)的種類(lèi)

根據(jù)基坑支撐方式的不同，可以將逆作法施工分為部分逆作法、半逆作法以及全逆作法三種。

1.3 逆作法施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

將逆作法施工應(yīng)用到工程中，能夠有效地縮短工程的工期、節(jié)約工程的成本、提升施工效率、對(duì)基坑變形進(jìn)行有效控制。由于逆作法施工技術(shù)的這些優(yōu)點(diǎn)，它常常被用于軟土地區(qū)的深大基坑工程中。

2 將逆作法施工技術(shù)應(yīng)用到深大基坑首層盆式開(kāi)挖中

將逆作法施工應(yīng)用到軟土地區(qū)的深大基坑工程中時(shí)，當(dāng)工程的地下梁板結(jié)構(gòu)施工結(jié)束之后，需要運(yùn)用暗挖的方式進(jìn)行下層土方的開(kāi)挖工作，暗挖的方式會(huì)降低工程的工作效率，且挖土的工作環(huán)境較差，因此，可以采用盆式開(kāi)挖的方式完成深大基坑首層土方的開(kāi)挖工作。深大基坑首層盆式開(kāi)挖需要將工程施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響降至最低水平。將逆作法施工技術(shù)應(yīng)用到深大基坑首層盆式開(kāi)挖中，由于墻體的入土深度相對(duì)較大，因此就基坑而言，應(yīng)該對(duì)變形進(jìn)行有效控制。在制定深大基坑首層盆式開(kāi)挖方案的過(guò)程中，需要充分考慮工程的水文地質(zhì)條件、基坑平面尺寸以及施工方法等因素的影響。為了提升工程的施工效率，可以在保護(hù)環(huán)境的前提下，盡量增加盆式開(kāi)挖的土方量，這種做法會(huì)對(duì)預(yù)留土堤寬度、盆中開(kāi)挖深度等因素的確定提供合理的依據(jù)[2]。

3 深大基坑首層盆式開(kāi)挖對(duì)基坑變形的影響

以上海中心裙房深大基坑工程為例，對(duì)深大基坑首層盆式開(kāi)挖對(duì)基坑變形的影響進(jìn)行研究。

3.1 上海中心裙房深大基坑工程

上海中心裙房深大基坑工程的總體方案是裙房逆作與主樓順作相結(jié)合。上海中心裙房地下室所采用的施工方法是逆作法施工，它的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是地下連續(xù)墻，上海中心裙房地下室的開(kāi)挖深度是27.2m，地下室墻的深度是48m。上海中心裙房深大基坑的首層開(kāi)挖方式是盆式明挖，為了避免或較少裙房施工對(duì)主樓施工的影響，運(yùn)用分塊開(kāi)挖的方式，當(dāng)土方開(kāi)挖工作結(jié)束之后，要使用混凝土墊層進(jìn)行跟進(jìn)。上海中心裙房施工的時(shí)間處于地下公共通道結(jié)構(gòu)施工結(jié)束之后[3]。

3.2 上海中心裙房深大基坑工程的水文地質(zhì)條件

上海中心裙房深大基坑工程的土壤是由砂土、飽和黏性土以及粉性土組成的，這種土壤具有分層分布的特點(diǎn)。深度小于24m的土壤主要是由黏土組成的，該施工現(xiàn)場(chǎng)的土壤具有靈敏度高、壓縮性高、含水率高以及強(qiáng)度低等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)會(huì)對(duì)上海中心裙房深大基坑工程的施工產(chǎn)生不良影響。根據(jù)埋藏條件可以將施工現(xiàn)場(chǎng)的地下水分成承壓水和淺層潛水。在上海中心裙房深大基坑工程施工的過(guò)程中，基坑外部的潛水情況變化幅度較小，它的埋深范圍處在1.5-3.5m之間[4]。

3.3 對(duì)上海中心裙房深大基坑的分析模型進(jìn)行計(jì)算

3.1.1 確定土體計(jì)算參數(shù)

在上海中心裙房深大基坑工程中，施工現(xiàn)場(chǎng)的粉制黏土、淤泥質(zhì)粉制黏土、淤泥質(zhì)黏土等土層中都是以黏土為主的，對(duì)此，可以選用修正劍橋本構(gòu)模型，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況勘查報(bào)告中的相關(guān)數(shù)據(jù)確定土地的計(jì)算參數(shù)。就-3粉砂土層、-2粉砂土層以及-1砂質(zhì)粉土土層而言，需要運(yùn)用M-C模型，確定出土體的計(jì)算參數(shù)。

3.1.2 確定接觸面參數(shù)和支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

二維快速拉格朗日法中的接觸面是無(wú)厚度雙面接觸面單元，這種物厚度雙面接觸面單元需要服從拉伸破壞準(zhǔn)則和庫(kù)倫剪切破壞準(zhǔn)則；二維快速拉格朗日法提供了7種不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)單元，這些支護(hù)結(jié)構(gòu)單元包含實(shí)體單元、梁?jiǎn)卧?、巖石錨桿單元等。上海中心裙房深大基坑工程的地下連續(xù)墻的模擬是通過(guò)實(shí)體單元和梁?jiǎn)卧獙?shí)現(xiàn)的。

3.4 上海中心裙房深大基坑工程的計(jì)算結(jié)果分析

3.4.1 工程的不同地墻剛度與地墻簡(jiǎn)化方式對(duì)墻體側(cè)移的影響

就懸臂開(kāi)挖而言，分別運(yùn)用梁?jiǎn)卧蛯?shí)體單元完成對(duì)墻體的模擬的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定的差異，這種差異的產(chǎn)生原因是，在深大基坑的開(kāi)挖過(guò)程中，墻體的后測(cè)表面會(huì)受到開(kāi)挖側(cè)隆起土體向上摩擦力以及其他土體向下摩擦力的影響。當(dāng)選擇梁?jiǎn)卧獙?duì)連續(xù)墻進(jìn)行模擬時(shí)，由于墻沒(méi)有厚度，雖然有摩擦力的產(chǎn)生，卻不會(huì)產(chǎn)生彎矩；就實(shí)體單元而言，開(kāi)挖側(cè)隆起土體與其他土地對(duì)連續(xù)墻產(chǎn)生的向上和向下的作用力會(huì)因?yàn)閴w的中和軸產(chǎn)生彎矩，這種彎矩會(huì)將墻后水平應(yīng)力引發(fā)的彎矩中和掉。隨著墻體厚度的不斷增加，墻體側(cè)移不斷減小，但減小幅度相對(duì)較小。隨著工程基坑開(kāi)挖深度的不斷增加，墻體側(cè)移的最大值也不算增大。就深大基坑首層盆式開(kāi)挖而言，當(dāng)墻體厚度處于0.8-1.6m之間時(shí)，墻體厚度的變化不會(huì)對(duì)基坑變形產(chǎn)生明顯的影響。在對(duì)墻體進(jìn)行模擬計(jì)算的過(guò)程中，與運(yùn)用實(shí)體單元對(duì)墻體進(jìn)行模擬相比，梁?jiǎn)卧獙?duì)墻體進(jìn)行模擬的計(jì)算結(jié)果更大，其偏大范圍處在10%-21%之間。為了有效考慮土體對(duì)連續(xù)墻摩擦力的作用，最好選擇實(shí)體單元完成對(duì)工程中連續(xù)墻的模擬[5]。

3.4.2 工程盆邊預(yù)留土堤尺寸對(duì)基坑變形的影響

盆邊預(yù)留土堤的作用主要包含以下兩種：第一種是通過(guò)對(duì)土堤下部土體豎向應(yīng)力的提升，促使土堤下部土體產(chǎn)生的被動(dòng)土壓力增加，進(jìn)而對(duì)圍護(hù)墻埋入段的側(cè)向位移進(jìn)行控制；第二種是通過(guò)水平抗側(cè)壓力的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)對(duì)圍護(hù)墻側(cè)移的有效控制。隨著土堤寬度數(shù)值的不斷降低，土堤的水平抗側(cè)壓力也呈現(xiàn)出緩慢降低的趨勢(shì)。當(dāng)土堤寬度達(dá)到20時(shí)，土堤水平抗側(cè)壓力處于最小值。但土地抗側(cè)壓力并不會(huì)隨著土堤寬度的增加發(fā)生增加。如果盆邊預(yù)留土堤的寬度為0，當(dāng)對(duì)這部分土堤進(jìn)行挖除時(shí)，會(huì)引發(fā)較大幅度的基坑變形。因此可以說(shuō)，盆邊預(yù)留土堤具有較強(qiáng)的控制墻體變形作用[6]。

結(jié)論：隨著大型地下工程數(shù)量的不斷增加，人們對(duì)深大基坑工程的重視程度越來(lái)越高。本文以上海中心裙房深大基坑工程為例，對(duì)上海中心裙房深大基坑的分析模型進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)工程的不同地墻剛度和簡(jiǎn)化方式對(duì)墻體側(cè)移的影響、工程盆邊預(yù)留土堤尺寸對(duì)基坑變形的影響進(jìn)行分析。

[1]龔劍,王旭軍,趙錫宏. 深大基坑首層盆式開(kāi)挖對(duì)基坑變形影響分析[J]. 巖土力學(xué),2013,02:439-448.

[2]王旭軍. 上海中心大廈裙房深大基坑變形特性及盆式開(kāi)挖技術(shù)研究[D].同濟(jì)大學(xué),2014.

[3]徐中華. 上海地區(qū)支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合的深基坑變形性狀研究[D].上海交通大學(xué),2007.

[4]劉棟. 超深大基坑開(kāi)挖對(duì)緊鄰既有地鐵隧道的影響分析[D].北京交通大學(xué),2014.

[5]赫名然. 深大基坑幾何尺寸對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)變形影響分析[D].北京交通大學(xué),2015.

[6]蘆友明. 深基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近建筑物基礎(chǔ)的影響研究[D].南昌航空大學(xué),2013.

TU75

B

1007-6344（2016）06-0237-01

郭娜（1988.11-），女，漢族，河南省周口市，碩士學(xué)位，助理工程師，研究方向：土木工程。

馬寧濤（1988.5-），男，漢族，河南省濮陽(yáng)市，碩士學(xué)位，助理工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。