摘要：以某鄰近建筑物基坑開(kāi)挖為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬的方法分析兩種不同基坑支護(hù)形式下支護(hù)樁、基坑外地表沉降規(guī)律的影響，得到以下結(jié)論：建筑物的存在與否不影響支護(hù)樁水平位移及基坑外地表沉降變化規(guī)律，且有建筑一側(cè)支護(hù)樁水平位移和基坑外地表沉降，明顯大于無(wú)建筑物一側(cè)；相比于鋼管支撐，混凝土支撐對(duì)樁頂位置水平位移、支護(hù)樁最大水平位移及坑外地表沉降的控制作用更為明顯；與鋼管支撐相比，混凝土支撐對(duì)建筑物水平位移和沉降分別減小了5%和16%以上，說(shuō)明采用混凝土支撐對(duì)于建筑物的穩(wěn)定性更為有利。

關(guān)鍵詞：基坑工程；內(nèi)支撐支護(hù)；水平位移；沉降；混凝土支撐

0 引言

基坑開(kāi)挖會(huì)導(dǎo)致周圍土體卸荷發(fā)生變形，尤其當(dāng)鄰近基坑存在既有構(gòu)筑物時(shí)，因其自身荷載以及下部土體松動(dòng)變形，可能會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生變形，使得建筑物發(fā)生裂縫等現(xiàn)象，故合理實(shí)施支護(hù)顯得尤為重要[1-2]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗(yàn)等方法研究了基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近構(gòu)筑物影響，同時(shí)提出了一些基坑加固方法，具有積極地作用。陳尚榮[3]等以上海中環(huán)線某矩形地下通道的深基坑開(kāi)挖為例，基于有限元數(shù)值模擬方法，考慮土體、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與矩形地下通道之間的相互作用，建立深基坑開(kāi)挖過(guò)程及矩形地下通道彈塑性數(shù)值仿真模型，分析不同支護(hù)形式下深基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近矩形地下通道變形的影響。

為了有效解決軟土地區(qū)地鐵車站基坑施工引起周圍建（構(gòu)）筑物變形的問(wèn)題，馬耀仁等[4]以實(shí)際工程為例，采用理正及Plaxis等計(jì)算軟件，分析軟土地區(qū)地鐵基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近重要建（構(gòu)）筑物影響規(guī)律，總結(jié)出軟土地層地鐵車站基坑設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)。李杰[5]采用ABAQUS有限2b39b0fb320c0b9abfba9025297c5a00e92687b55ae477659b456f12a7375a61元分析軟件對(duì)某基坑開(kāi)挖對(duì)臨近基坑橋墩基礎(chǔ)進(jìn)行模擬，結(jié)合有限元和理論計(jì)算結(jié)果，分析了基坑開(kāi)挖對(duì)臨近基坑的橋墩變形的影響。

本文在以往的研究基礎(chǔ)上，以某鄰近建筑物基坑開(kāi)挖為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬的方法分析了兩種不同基坑支護(hù)形式下支護(hù)樁、基坑外地表沉降以及建筑物變形規(guī)律的影響，研究結(jié)果可為工程設(shè)計(jì)和施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

某地下綜合管廊工程采用明挖方式施工，基坑右側(cè)存在一既有框架建筑物，建筑物長(zhǎng)度方向與右側(cè)基坑邊緣平行，距離基坑水平距離為6m。采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)體系，已知支護(hù)樁長(zhǎng)度為24m，樁徑為1.0m，樁間距為2.0m，樁頂冠梁取1.0m×0.8m。

基坑開(kāi)挖分4步進(jìn)行，首先開(kāi)挖至4m，設(shè)置第一道支撐；第二步是開(kāi)挖至8m，設(shè)置第二道支撐；第三步是開(kāi)挖至12m，設(shè)置第三道支撐；最后是開(kāi)挖至16m深結(jié)束。鋼管支撐所采用的鋼管截面直徑和厚度分別為600mm和15mm，水平間距為4.0m；混凝土支撐截面為正方形，邊長(zhǎng)為0.8m，水平間距為8.0m.

2 數(shù)值模擬方案

2.1 模型建立

采用有限元軟件Midas/GTS建立模型，如圖1所示。模型長(zhǎng)寬高依次為100m、50m和40m。模擬過(guò)程中，鉆孔灌注樁、內(nèi)支撐和冠梁均采用結(jié)構(gòu)單元模擬，其他采用實(shí)體單元模擬，除上邊界外，其他邊界均進(jìn)行位移約束。

原始地層從上往下分為6層，依次為雜填土層、黃土1～3層、黏土層和砂土層，厚度分別3.5m、3.0m、3.9m、4.2m、7.8m、17.6m。為簡(jiǎn)化計(jì)算，將建筑物建筑物重度取3.8kN/m3，泊松比取0.22，彈性模量取30GPa。在基坑邊界施加均布荷載20kN/m2，用于模擬施工和活荷載。

2.2 確定支護(hù)體系

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，采用為支護(hù)樁+鋼管支撐的支護(hù)體系，支護(hù)樁采用鉆孔灌注樁，支護(hù)樁和冠梁均采用C30的混凝土，內(nèi)支撐設(shè)為3道。本文共考慮兩種不同的支護(hù)形式：第一種為3道支撐均為鋼管支撐（下文簡(jiǎn)稱為鋼管支撐）；第二種為第1道支撐采用鋼管支撐，其余2道支撐全為混凝土支撐（下文簡(jiǎn)稱為混凝土支撐）。表1為支護(hù)樁、冠梁和內(nèi)支撐的物理力學(xué)參數(shù)。

2.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

如圖2所示，在建筑物左側(cè)基礎(chǔ)底部和屋頂分別設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)#1和監(jiān)測(cè)點(diǎn)#2，用于監(jiān)測(cè)建筑物水平位移，在在基礎(chǔ)底部設(shè)置每間隔2m一個(gè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)建筑物沉降。

3 支護(hù)樁變形及地表沉降分析

3.1 支護(hù)樁水平位移分析

由于基坑右側(cè)6m外有建筑物的存在，導(dǎo)致基坑開(kāi)挖過(guò)后兩側(cè)的變形不同，通過(guò)數(shù)值模擬得到兩種不同支護(hù)形式下的基坑左側(cè)、右側(cè)（即有建筑物一側(cè)）支護(hù)樁水平位移曲線如圖3所示。

由圖3可知，在不同支護(hù)形式下支護(hù)樁均向基坑內(nèi)側(cè)方向發(fā)生位移，且支護(hù)樁頂部水平位移較小。隨著支護(hù)樁深度的增大，支護(hù)樁水平位移先增大后減小。采用鋼管支撐和混凝土支撐的最大水平位移（左、右兩側(cè)）位置均在樁深12m處，與鋼管支撐形式相比，混凝土支撐左、右兩側(cè)的最大水平位移分別減小了8.7%、8.2%。建筑物的存在使得右側(cè)支護(hù)樁水平位移大于左側(cè)，采用鋼管支撐和混凝土支撐時(shí)，右側(cè)支護(hù)樁最大水平位移分別比左側(cè)大10.7%和11.3%。

建筑物的存在不影響支護(hù)樁水平位移變化規(guī)律，由于建筑物的影響，導(dǎo)致有建筑一側(cè)支護(hù)樁水平位移明顯大于無(wú)建筑物一側(cè)。相較于鋼管支撐，混凝土支撐能減少對(duì)樁頂位置（即布設(shè)位置處）的水平位移，同時(shí)對(duì)支護(hù)樁最大水平位移也有明顯的控制作用，這與混凝土支撐剛度更大有關(guān)。

3.2 臨近基坑外地表豎向位移分析

兩種不同支護(hù)形式下的基坑左側(cè)、右側(cè)（即有建筑物一側(cè)）地表沉降如圖4所示。由圖4可知，在兩種不同支護(hù)形式下，基坑左側(cè)地表沉降規(guī)律相同，采用鋼管支撐和混凝土支撐時(shí)基坑左側(cè)最大地表沉降分別為15.84mm和13.18mm，最大沉降位置均距離基坑左側(cè)12m附近處。

相較于鋼管支撐，混凝土支撐情形下的基坑左側(cè)地表最大沉降減小了16.8%。兩種支護(hù)形式下基坑右側(cè)的最大地表沉降分別為17.54mm和14.98mm，其最大沉降位置與左側(cè)相同，混凝土支撐的基坑外側(cè)地表最大沉降較于鋼管支撐減小了14.6%。

綜上可知，建筑物的存在使得右側(cè)地表沉降大于左側(cè)，兩種不同支護(hù)形式的右側(cè)地表最大沉降分別比左側(cè)大10.7%和13.7%。建筑物的存在不影響基坑外地表沉降變化規(guī)律，由于建筑物的影響，導(dǎo)致有建筑一側(cè)基坑外地表沉降明顯大于無(wú)建筑物一側(cè)。采用混凝土支撐對(duì)坑外地表沉降控制效果較于鋼管支撐更為明顯，尤其是當(dāng)基坑外附近存在既有構(gòu)筑物時(shí)，采用混凝土支撐可以起到更好地控制作用。

4 建筑物變形分析

4.1 水平位移分析

不同支護(hù)形式下建筑物的水平位移如圖5所示。由圖5可知，隨著基坑開(kāi)挖深度的增大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)#1和監(jiān)測(cè)點(diǎn)#2的水平位移不斷增大，且水平位移均朝著基坑一側(cè)移動(dòng)。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)#2位于屋頂，承受著建筑物傾斜的影響，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)#1承受土體的約束等影響，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)點(diǎn)#2水平位移明顯大于監(jiān)測(cè)點(diǎn)#1。

當(dāng)采用鋼管支撐時(shí)，基坑開(kāi)挖完成后監(jiān)測(cè)點(diǎn)#1和監(jiān)測(cè)點(diǎn)#2水平位移分別為10.74mm和14.87mm，當(dāng)采用混凝土支撐時(shí)，基坑開(kāi)挖完成后監(jiān)測(cè)點(diǎn)#1和監(jiān)測(cè)點(diǎn)#2水平位移分別為10.16mm和14.01mm，后者監(jiān)測(cè)點(diǎn)#1和監(jiān)測(cè)點(diǎn)#2水平位移較于前者分別減小了5.4%和5.8%。

4.2 豎向位移分析

不同支護(hù)形式下建筑物的沉降曲線如圖6所示。由圖6可知，當(dāng)采用鋼管支撐時(shí)，建筑物最大沉降為16.81mm，而當(dāng)采用混凝土支撐時(shí)，建筑物最大沉降則為14.03mm，即后者的最大沉降較于前者減小了16.5%，說(shuō)明采用混凝土支撐對(duì)于建筑物的穩(wěn)定性更為有利。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文在以往的研究基礎(chǔ)上，以某鄰近建筑物基坑開(kāi)挖為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬的方法分析了兩種不同基坑支護(hù)形式下支護(hù)樁、基坑外地表沉降以及建筑物變形規(guī)律的影響，得到如下研究結(jié)果：

建筑物的存在與否不影響支護(hù)樁水平位移及基坑外地表沉降變化規(guī)律，有建筑一側(cè)支護(hù)樁水平位移和基坑外地表沉降明顯大于無(wú)建筑物一側(cè)。

與鋼管支撐相比，采用混凝土支撐能夠減少樁頂位置的水平位移，且對(duì)坑外地表沉降的控制作用更優(yōu)于鋼管支撐，尤其是當(dāng)基坑外附近存在既有構(gòu)筑物時(shí)，混凝土支撐的控制效果更明顯。

較于鋼管支撐，混凝土支撐對(duì)建筑物水平位移和沉降分別減小了5%和16%以上，說(shuō)明采用混凝土支撐對(duì)于建筑物的穩(wěn)定性更為有利。

參考文獻(xiàn)

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[3] 陳尚榮，曹傳祥，廖志堅(jiān).不同支護(hù)深基坑開(kāi)挖對(duì)地下通道變形的影響[J].交通科學(xué)與工程，2018，34（4）：43-52.DOI：10.16544/j.cnki.cn43-1494/u.2018.04.008.

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