軟土基坑開(kāi)挖位移性狀數(shù)值模擬研究

李世峰 王文玉 司要鑫

摘 要：基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是保障工程安全施工的重要環(huán)節(jié)。本文以某火車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工為背景，檢算基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全性，并進(jìn)行安全分析。首先，分析工程概況，選取合適的圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型；其次，運(yùn)用ABAQUS有限元分析軟件，模擬基坑的開(kāi)挖過(guò)程；最后，通過(guò)分析基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形等情況，判斷所選擇圍護(hù)的穩(wěn)定性，這種數(shù)值模擬的安全分析思路可為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：基坑；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；有限元分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.101

1 引言

近年來(lái)，隨著城市開(kāi)發(fā)進(jìn)程的日益深入，地下空間的開(kāi)發(fā)與利用成為了新的趨勢(shì)[1]?；庸こ痰囊?guī)模和深度不斷加大，而且一般是建在建筑較密集、人口較稠密的地區(qū)，如果在施工過(guò)程中出現(xiàn)施工不規(guī)范或圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等現(xiàn)象可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的事故，譬如城市道路局部沉陷、臨近既有地下管線的錯(cuò)位、臨近建筑物發(fā)生地基不均勻下沉、開(kāi)裂、傾斜甚至倒塌等，造成巨大的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失[2]。這也突顯出了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計(jì)與基坑安全分析在施工過(guò)程中的重要性與必要性[2-3]。

2 工程背景及方案比選

某基坑工程擬采用明挖施工，車站基底埋深約17.0m，根據(jù)設(shè)計(jì)提供的資料，自上而下依次為黃土、砂土、強(qiáng)風(fēng)化礫巖等地層，圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的應(yīng)遵循“安全、經(jīng)濟(jì)、方便施工”的方針，并綜合施工方法、沿線地形及地質(zhì)條件等因素，在鉆孔樁及地下連續(xù)墻兩種方案比選的基礎(chǔ)上得出決定采用地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案。

3 數(shù)值模擬分析

本次模擬選取了典型橫剖面作為研究對(duì)象，考慮到各方面因素，選用二維模型，模型尺寸為55m*40m，模擬基坑單側(cè)四步開(kāi)挖過(guò)程，開(kāi)挖深度為15m（如圖1）。

基坑開(kāi)挖模擬顯示：

（1）施加外部荷載圖形：受外部荷載作用，開(kāi)挖基坑周圍土體發(fā)生沉降變形，土與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用，從而引發(fā)混凝土灌注樁發(fā)生變形。

（2）隨著開(kāi)挖深度的增加，連續(xù)墻變形進(jìn)一步加大。第四次開(kāi)挖，開(kāi)挖深度到最大，連續(xù)墻變形也達(dá)到峰值。

各階段連續(xù)墻水平位移曲線如圖2：

由于工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地下連續(xù)墻置于中風(fēng)化巖石中，約束較大，所以墻底的水平位移趨近于零。最大水平位移為5.6mm，在施工允許范圍30mm內(nèi)，偏于安全。

4 結(jié)論

基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是保障工程安全施工的重要環(huán)節(jié)。影響基坑開(kāi)挖計(jì)算結(jié)果的不確定因素很多，如土體參數(shù)的選取、邊界條件的，確定、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度、基坑開(kāi)挖網(wǎng)格的劃分等，在一次模擬計(jì)算中不可能將所有因素都考慮全面，所以會(huì)產(chǎn)生一定計(jì)算偏差。

從整體上來(lái)說(shuō)，本文以某火車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工為背景，檢算基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全性，并進(jìn)行安全分析。模擬值基本上反應(yīng)了基坑開(kāi)挖的過(guò)程，其模擬精度也可以滿足工程的需要，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳京生.高層建筑深基坑工程現(xiàn)狀與展望[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，1998（03）：13-19.

[2]張曠成，李繼民.杭州地鐵湘湖站“08.11.15”基坑坍塌事故分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（S1）：338-342.

[3]陳向東，楊茂忠.信息化施工及其應(yīng)用[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，27（01）：57-60.

[4]徐楊青.深基坑工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化原理與途徑[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2001，20（02）：248-251.