基坑開挖過程中支護結構變形分析

甘 雨 趙雄飛 趙少松

(1.河北大學建筑工程學院 河北 保定 071000；2.中建三局集團有限公司工程總承包公司華北分公司 天津 300000)

一、引言

近年來，我國城市建設迅速發(fā)展，人們對建筑的要求也隨之增加。同時，基坑工程的發(fā)展也更加多元。因此眾多學者對基坑開挖過程進行了研究探討，如王培鑫等[1]通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，分析了基坑開挖過程中基坑以及路基的變形規(guī)律和沉降原因，提出了相應的技術措施。孟長江[2]采用不同的方法對漢口站深基坑支護結構進行了理論計算并與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了對比分析。張運良等[3]對各種常見的支護方式作用下的基坑開挖的變形情況進行比較分析，總結出各種支護方式下基坑變形規(guī)律。徐江等[4]對軟土地區(qū)地鐵深基坑開挖施工過程進行了數(shù)值模擬并與實測數(shù)據(jù)進行了對比分析。謝建斌[5]基于硬化土模型(hardening soil模型)，通過基坑場地土樣固結排水三軸壓縮試驗和固結試驗選取了硬化土模型中的參數(shù)。

本文以某深基坑工程為背景，使用PLAXIS 2D有限元分析軟件對基坑開挖施工過程進行模擬。對支護結構的變形、地表沉降的計算結果進行分析。

二、模型概況

本基坑開挖深度為14m，支護樁的長度為26m，嵌固深度為12m，基坑模型X方向長度為200m，Y方向為40m。計算模型巖土體材料本構模型采取MC模型。MC模型土體參數(shù)見表1,該土層重度、黏聚力和內摩擦角根據(jù)現(xiàn)場地勘報告取值，彈性模量為經(jīng)驗取值。在距基坑邊距為3.2m處作用寬度為18m、深度3.4m的分布荷載模擬地面超載，且取230.0kPa，模型如圖1所示。

表1 土層參數(shù)

圖1 基坑模型示意圖

三、計算結果

(一)樁身水平位移

樁的水平位移變化曲線如圖2所示，正值代表向坑內位移，負值代表向基坑外位移。由圖4可知，開挖至3.5m、6.6m、14m時，樁的水平位移均表現(xiàn)為樁頂和樁底變形小，樁中變形大的現(xiàn)象?；娱_挖至3.5m時，樁身最大水平位移為11.76×10-3m，位于11.2m位置；基坑開挖至6.6m時，樁身最大水平位移為13.96×10-3m，位于8.8m位置；基坑開挖至14m時，樁身最大水平位移為16.3×10-3m，位于8.9m位置。其中開挖階段樁的橫向變形最大為16.3×10-3m。

圖2 樁的水平位移變化曲線

開挖完成后各測點的圍護樁深層水平位移不同，說明基坑的空間影響效應明顯。各處圍護樁深層水平位移最大值均小于規(guī)范規(guī)定的45～55mm的報警值，說明圍護結構設計合理，能夠有效限制基坑周圍土體變形。

(二)地表豎向位移

圖3為基坑坑周地表豎向位移曲線，正值代表隆起，負值代表沉降。由圖5可以看出，基坑處靠近樁側地表產(chǎn)生沉降，沉降值坑邊距增加呈先增大后減小的趨勢，開挖至坑底后沉降量最大值為12.98×10-3m。當開挖深度在6.6m時，在樁側處地表開始隆起，但最終隆起量不足1.75×10-3m；距樁側4.59以外再次產(chǎn)生沉降，但直到開挖至坑底。

圖3 地表豎向位移變化曲線

基坑處地表土體基本只發(fā)生沉降，無隆起現(xiàn)象，沉降量基本隨基坑開挖深度的增加呈先增大后減小的趨勢，開挖至坑底后最大沉降量為12.98×10-3m，在距樁側2m處。在離樁側23m以外沉降量已不足5.34×10-3m。說明坑周地表豎向位移的影響范圍主要在23m到38m范圍內，并且以沉降為主。因此該地表沉降對工程建設影響不大。

四、結論

本文以某深基坑工程為例，使用PLAXIS 2D有限元分析軟件對基坑開挖過程進行模擬。對樁身位移、地表沉降進行了分析。現(xiàn)得到以下結論：(1)樁身水平變形形態(tài)均表現(xiàn)出樁頂和樁底變形小，樁中變形大。樁身最大水平位移為16.3×10-3m，位于8.9m位置。(2)基坑處地表土體基本只發(fā)生沉降，沉降量基本隨基坑開挖深度的增加呈先增大后減小的趨勢。