上海軟土地區(qū)基坑開挖對既有鐵路的影響

周羽哲, 諸 洲

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院, 四川成都 610031)

基坑開挖對既有設(shè)施的影響一直以來都是工程實(shí)際中需要面對的問題。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，越來越多的基坑開挖項(xiàng)目，在既有交通、建筑等設(shè)施附近進(jìn)行。支護(hù)強(qiáng)度或剛度不足的基坑，將對基坑本身以及周圍設(shè)施造成不可估量的損失[1]。因此，對城市基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)以及周圍設(shè)施的變形分析已成為不可或缺的評估環(huán)節(jié)。目前，基坑開挖評估計算主要采用規(guī)范法、有限元計算法、有限差分法等[2]。本文基于有限元理論，采用邁達(dá)斯GTS數(shù)值計算軟件對上海某基坑工程進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)變形分析，并對基坑開挖對鄰近既有鐵路影響做出評估。

1 項(xiàng)目工程概況

基坑場地位于上海市西南郊，該場地自地表至60.0 m深度范圍內(nèi)，各地基土層為第四紀(jì)全新世Q4至晚更新世Q3沉積土，地基土主要由黏性土、粉性土、砂性土組成，根據(jù)土層的成因類型、工程地質(zhì)特征，土性結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，以及靜力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等原位測試資料綜合分析，該場地地基土共劃分6個主要層次及若干亞層，土體主要物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 土體物理力學(xué)參數(shù)

2 基坑開挖變形分析

2.1 模型建立

按照基坑設(shè)計圖紙與地勘資料，使用邁達(dá)斯前處理功能進(jìn)行模型建立(圖1)。得到模型長200 m，寬160 m，高60 m。模型x方向?yàn)轫樿F路方向，y方向?yàn)榇怪辫F路方向。

圖1 基坑場地及地層建立

基坑開挖深度6.5 m，采用SWM工法樁[3]加一道混凝土內(nèi)支撐的方式進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計采用水泥土攪拌樁內(nèi)插H700×300×13×24@1200型鋼，三軸水泥攪拌樁水泥摻量20 %，樁底相對標(biāo)高-16.500 m，樁長15.5 m，其中懸臂端長6.2 m，嵌固端長9.3 m；內(nèi)插型鋼長15 m，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)見圖2。

2.2 計算參數(shù)及本構(gòu)模型選取

計算參數(shù)按照勘察資料選?。挥嬎悴捎眯拚?庫倫屈服準(zhǔn)則[4]與彈塑性本構(gòu)[5]。

2.3 模型約束

計算區(qū)域各邊界均取法向位移約束，即模型長邊約束x方向位移，模型短邊約束y向位移，底部邊界設(shè)為固定邊界。

2.4 基坑開挖的位移場

基坑開挖至底部并拆除內(nèi)支撐后的y方向位移場見圖3，z向位移場見圖4?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)y向最大水平變形發(fā)生在臨近鐵路邊中點(diǎn)處，其值為18 mm，鐵路路基發(fā)生y向最大水平位移8 mm。圍護(hù)結(jié)構(gòu)z向沉降變形僅1 mm，鐵路路基發(fā)生最大z向沉降13 mm。

圖3 基坑y向位移場云圖

圖4 基坑z向位移場云圖

在底板施工前，即基坑開挖至坑底步驟，工法樁帷幕在坑底高程處產(chǎn)生最大水平位移(圖5)。分析認(rèn)為，坑內(nèi)上海地區(qū)軟土在坑底對工法樁帷幕提供的支撐不足。導(dǎo)致了該工程項(xiàng)目中支護(hù)樁最大位移變形出現(xiàn)在坑底位置，與常規(guī)基坑開挖最大位移出現(xiàn)在樁身中部不同。

圖5 工法樁帷幕水平變形云圖

3 結(jié)論

本項(xiàng)目基坑開挖引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，均在上海市標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》限值內(nèi)，滿足設(shè)計要求。

但對鄰近既有鐵路的影響變形超出了《上海鐵路局工務(wù)安全管理辦法》限值10 mm范圍。本文建議加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度，或改變支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，使用鉆孔樁等更強(qiáng)的措施加強(qiáng)基坑鄰近鐵路側(cè)坑壁。

同時，由于上海地區(qū)的軟土在坑底對支護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐不足，導(dǎo)致支護(hù)樁在坑底高程處產(chǎn)生最大水平變形，建議在混凝土底板達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度前，增強(qiáng)對坑底圍護(hù)樁的檢測頻率，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全。