重力式圍護墻支護結(jié)構(gòu)變形分析

項 向 榮

(武漢地質(zhì)工程勘察院上海分院，上海 200331)

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重力式圍護墻支護結(jié)構(gòu)變形分析

項 向 榮

(武漢地質(zhì)工程勘察院上海分院，上海 200331)

以上海市某深基坑工程為研究對象，給出了采用“同濟啟明星”的變形計算結(jié)果，采用有限元分析軟件PLAXIS，對基坑開挖過程中重力式圍護墻進行變形分析，通過與現(xiàn)場實測結(jié)果對比，得出“同濟啟明星”在重力式圍護墻支護結(jié)構(gòu)變形計算中的不足，而PLAXIS的模擬結(jié)果在趨勢上與現(xiàn)場實測結(jié)果較吻合，但模擬值數(shù)值上較實測值偏小。

重力式圍護墻，基坑，PLAXIS，計算模型

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建筑的數(shù)量和密度逐漸增加，大量的工程建筑和地下工程必然帶來大規(guī)模的基坑工程，大規(guī)模的基坑工程也促進了基坑支護方法的發(fā)展[1]。在眾多的基坑支護方法[2]中，重力式圍護墻因其施工簡單、造價低、工期短、施工技術(shù)成熟和施工組織簡單等優(yōu)點，在工程中得到廣泛應用。目前常用的深基坑設(shè)計計算軟件(如同濟啟明星、理正等)在穩(wěn)定性計算方面較為成熟，但在變形計算中將重力式圍護墻體視為一剛性體計算，計算模型與實體差異大導致計算結(jié)果偏差較大，變形計算結(jié)果較難用于對施工最終變形進行預測。這在一定程度上阻礙了這種支護方法的推廣應用。本文在已有實際經(jīng)驗和理論研究的基礎(chǔ)上，以上海某一工程為研究對象，給出了采用現(xiàn)在最常用的基坑設(shè)計計算軟件(同濟啟明星)的位移計算結(jié)果及采用有限元分析軟件PLAXIS的模擬計算結(jié)果[3]，通過與現(xiàn)場實測[4-6]結(jié)果的對比分析，得出不同計算結(jié)果的優(yōu)劣[7，8]。

1 工程設(shè)計實例

1.1 工程概況

本文以上海松江區(qū)中山街道新城某地塊基坑工程為實例進行分析。該工程為1層地下室，基坑為近似長方形，長邊約211.8 m，短邊約78.1 m，基坑面積15 503 m2，周長573 m，基坑開挖深度5.9 m。基坑東側(cè)基坑邊線距離用地紅線的距離為5.6 m～10 m，紅線外為通行道路，道路下有雨水、污水管線，距離基坑最近的雨水管線為11 m；基坑南側(cè)基坑邊線距離用地9.0 m～14.0 m，紅線外為現(xiàn)有道路；基坑西側(cè)距基坑5.0 m～7.0 m，為需保留施工道路；基坑北側(cè)基坑邊線距用地紅線7.0 m～9.0 m，紅線外為空地。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

基坑開挖深度影響范圍內(nèi)土層自上而下分別為①雜填土、②粉質(zhì)粘土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④淤泥質(zhì)粘土，各土層物理力學指標參數(shù)如表1所示。

1.3 剖面設(shè)計及計算

表1 土層物理力學指標

根據(jù)工程開挖深度及周邊環(huán)境情況選用雙軸攪拌樁重力式圍護墻的支護型式，基坑深度5.9 m，選用4.7 m寬重力壩，插入深度7.7 m，基坑支護剖面設(shè)計如圖1所示。

剖面設(shè)計采用常用深基坑計算軟件同濟啟明星進行了計算，計算結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，重力壩壩體位移包絡圖呈直線狀(頂部位移最大)，并且最終位移值達到122.2 mm，大大超過規(guī)范[5]及實際基坑開挖所容許的變形值，在重力壩底部出現(xiàn)了負位移(即向基坑外方向的位移)，這與實際難以吻合。

2 有限元計算

2.1 PLAXIS簡介

本文采用PLAXIS對設(shè)計剖面進行模擬分析。PLAXIS程序是專門用于巖土工程變形和穩(wěn)定性分析的有限元計算程序，PLAXIS程序應用性非常強，能夠模擬復雜的工程地質(zhì)條件，尤其適合于變形和穩(wěn)定分析。本次采取二維平面應變有限元模型進行分析。基坑圍護分析過程中，針對不同分析對象采用不同的單元類型和本構(gòu)關(guān)系，分析模型的邊界采用全自由度約束。本次分析采用了Hardening-soil模型，該模型為等向硬化彈塑性模型，可以考慮剪切硬化和壓縮硬化，并采用Mohr-Coulomb屈服準則，用于基坑分析具有較好的精度，該模型假設(shè)三軸排水試驗的剪應力與軸向應變呈雙曲線性關(guān)系，同時采用彈塑性來表達這種關(guān)系，而不是像Duncan-Chang模型那樣采用變模型的彈性關(guān)系來表達，克服了Duncan-Chang非線性彈性模型和Mohr-Coulomb理想彈塑性模型的不足。

2.2 有限元分析模型

本次有限元分析對圖1設(shè)計剖面進行分析計算，有限元計算模型如圖3所示。

2.3 模擬結(jié)果

通過模擬計算分析，得到最終工況(即基坑開挖到底)的土體水平位移圖(見圖4)，以及沿壩體內(nèi)邊位移圖(見圖5)。通過以上模擬分析得出：基坑開挖到底后壩體最大位移出現(xiàn)在壩體頂部，最大位移58 mm，壩體有向基坑內(nèi)方向的整體位移，但數(shù)值較小。

3 現(xiàn)場實測結(jié)果

在基坑開挖施工全過程，對基坑土體深層水平位移(測斜)進行監(jiān)測，與啟明星計算結(jié)果及有限元模擬結(jié)果進行對比分析。在基坑周邊設(shè)置了多點進行監(jiān)測，各監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)及變形趨勢比較接近，且由于本文篇幅限制，在此只給出一個監(jiān)測點(CX1點)在墊層澆筑完成后以及最終結(jié)構(gòu)處±0.000且回填完成后兩個時間點的位移曲線，如圖6所示。通過圖6實測數(shù)據(jù)結(jié)果并結(jié)合啟明星計算及有限元分析結(jié)果可以看出，實測結(jié)果顯示當基坑墊層澆筑完成時，壩體最大位移出現(xiàn)在頂部，最大位移69.9 mm，與啟明星計算結(jié)果相差較大，與有限元分析計算結(jié)果基本吻合，但實測

結(jié)果偏大，可能與實際施工中壩體施工質(zhì)量有關(guān)；在墊層澆筑完成時壩體位移69.9 mm、基坑回填完成時壩體位移86 mm，這表明在基坑墊層澆筑完成后到基坑回填仍會產(chǎn)生較大的位移，這在有限元計算中較難分析考慮時空效應的變形計算，同時也說明在基坑開挖到底后應盡快完成±0.000以下結(jié)構(gòu)的施工。

4 結(jié)論及展望

1)目前常用的基坑設(shè)計計算軟件同濟啟明星在重力式圍護墻支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算中位移計算值與實際偏離較大，較難直接用于該圍護型式設(shè)計中的變形預測。2)采用有限元分析軟件PLAXIS對重力式圍護墻支護結(jié)構(gòu)變形進行分析，能基本預測基坑開挖到底墊層澆筑完成時壩體的位移值大小，但對其后至基坑回填這段時間基坑位移情況目前尚無法進行分析預測。3)基坑開挖到底墊層澆筑完成時至基坑回填這段時間基坑可能會產(chǎn)生較大位移，因此，在基坑開挖完成后應盡快完成±0.000以下結(jié)構(gòu)施工，以期更好控制基坑變形。4)控制重力式圍護墻結(jié)構(gòu)的變形關(guān)鍵是圍護墻的施工質(zhì)量控制，在施工過程中應加強對圍護墻施工質(zhì)量的管理。5)為了減少計算量，加快計算速度，本文采用二維有限元進行分析計算，為模擬展現(xiàn)基坑開挖過程中“時空效應”[6]，建議今后采用三維有限元進行分析計算，并按照實際設(shè)計分塊開挖工況進行開挖模擬計算。

[1] 劉宗仁,劉雪雁.基坑工程[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2008.

[2] 劉國彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3] 王江宏,王春波,盧廣寧.PLAXIS在深基坑開挖與支護數(shù)值模擬中的應用[J].山西建筑，2007,33(35)：94-95.

[4] 將 霞,楊小軍.基坑位移監(jiān)測技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2004，35(5):347-348.

[5] JGJ 120—2012,建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].

[6] 王桂平,劉國彬.考慮時空效應的軟土深基坑變形有限元分析[J].土木工程學報，2009,42(2)：114-118.

[7] 梁發(fā)云，楊開彪.上海規(guī)范重力式圍護墻穩(wěn)定性若干問題探討[J].巖土力學，2015，23(35)：54-56.

[8] 況龍川，高大釗.上海軟土基坑水泥擋土墻的可靠度研究指標[J].同濟大學學報(自然科學版)，1998(6)：16-17.

On deformation of gravity enclosure wall support structure

Xiang Xiangrong

(ShanghaiBranch,WuhanGeologicalEngineeringSurveyInstitute,Shanghai200331,China)

Taking some deep foundation pit project as the research object, the paper provides the deformation calculation results by adopting the “Tongji Morning Star”, utilizes the PLAXIS, the finite element software, analyzes the deformation of the gravity enclosure wall in the foundation pit excavation, undertakes the comparison between the analysis and the site examples, and concludes the shortages of the “Tongji Morning Star” in the deformation calculation of the gravity enclosure wall support structure, while the simulation results of PLAXIS is consistent with the site measurement, but the simulated number is smaller than the measured value.

gravity enclosure wall, foundation pit, PLAXIS, calculation model

1009-6825(2016)11-0078-02

2016-01-30

項向榮(1983- )，男，碩士，工程師

TU463

A