格構柱下立柱樁需求長度估算分析

【摘 要】 針對天津市地鐵車站基坑的工程特點，通過采用有限元軟件計算分析坑底深度與基坑隆起值的關系。基坑隆起是影響立柱樁穩定的直接因素，通過工程實例表明根據基坑隆起值來估算立柱樁所需的長度方法合理可行。

【摘 要】 基坑；立柱樁；隆起；長度分析

0 引言

針對天津市地區的工程水文地質條件，地鐵車站基坑圍護結構中時常應用格構柱，格構柱下設置立柱樁。立柱樁的長度的確定需要進一步的研究與分析。基坑隆起是影響立柱豎向位移的主要因素[1]。本文通過有限元軟件進行分析計算坑底深度與基坑隆起值的關系，進而估算立柱樁的長度。因此，通過具體的工程，對該類型車站基坑設計中立柱樁長的確定進行了技術上的總結，并對同類的工程有一定的借鑒意義。

1 工程概況

天津市某地下車站，車站為地下雙層12m島式站臺，車站兩端區間為盾構區間。結構標準段總寬度為20.7m，盾構段寬度為24.9m。主體結構基坑深度標準段為16.8m，盾構井段約為18.5m。

本文主要研究盾構井段。基坑圍護結構采用地連墻+內支撐聯合支護形式，地連墻厚度為800mm，長32m。基坑采用5道支撐+1道倒撐，第一道為800×800mm鋼筋混凝土支撐，其余為φ800， t=16mm的鋼管支撐。支撐中間設格構柱，柱下設φ1000mm鉆孔灌注樁。

2 工程地質及水文條件

2.1 工程地質：

場區地層主要為第四系全新統人工填土層（人工堆積Qml）；第Ⅰ陸相層（第四系全新統上組河床～河漫灘相沉積Q43al）；第Ⅰ海相層（第四系全新統中組淺海相沉積Q42m）；第Ⅱ陸相層（第四系全新統下組沼澤相沉積Q41h）；第Ⅱ陸相層（第四系全新統下組河床～河漫灘相沉積Q41al）；第Ⅲ陸相層（第四系上更新統五組河床～河漫灘相沉積Q3eal）；第Ⅱ海相層（第四系上更新統四組濱海～潮汐帶相沉積Q3dmc）；第Ⅳ陸相層（第四系上更新統三組河床～河漫灘相沉積Q3cal）；第Ⅲ海相層（第四系上更新統二組淺海～濱海相沉積Q3bm）和第Ⅴ陸相層（第四系上更新統一組河床～河漫灘相沉積Q3aal）。車站主體基坑坑底位于⑧11 粘土，⑧12 粉質粘土，⑧2粉砂層與⑧23粉土層中。圍護墻墻趾位于31粘土？32 粉質粘土中。

2.2 水文地質條件：

本場地內表層地下水類型為第四系孔隙潛水；賦存于第Ⅱ陸相層中及其以下粉砂及粉土層中的地下水具有承壓性。

本場地范圍內的孔隙潛水主要賦存于①1雜填土、①1素填土層、④23粉土層和⑥33粉土層中。該含水層主要由粉土構成，此層粉土具有層理性，與粉質粘土呈互層狀分布，局部夾粉砂透鏡體。潛水含水層水平、垂直向滲透性差異較大，當局部地段夾有粉砂薄層時，其富水性、滲透性相應增大。接受大氣降水和地表水入滲補給，地下水具有明顯的豐、枯水期變化，豐水期水位上升，枯水期水位下降，多年變化平均值約0.8m。

3 模型計算

3.1 模型概述

模型計算采用MIDAS-GTS2.6有限元計算軟件，建立二維平面模型。為減小邊界約束對計算結果的影響，使模擬結果更接近實際情況，建模范圍取X方向（橫向）75m，Y方向（垂直向）70m，地應力場按自重應力場考慮。

模型模擬時，結構與巖土之間的界面，采用虛擬接觸單元，單元特性為法向剛度較大，剪切剛度較小，以此來模擬接觸面滑動特性[2]。

3.2 模型參數

模型材料參數如表1所示：

3.3 約束及荷載

地面超載：盾構井段30KPa

四周：法向約束，頂面為自由面，底面為垂向約束；

基坑：開挖過程中，支撐采用等效節點剛度約束替代[3]，如表2所示。

3.4 模型建立。

由于篇幅限制基坑開挖的各個工況的模型圖就不再一一示出

4 結果分析

立柱樁豎向位移幅值太大，可能增大基坑圍護結構的側向位移，加劇基坑坑底的土體的隆起，且增加立柱的豎向位移，從而引起惡性循環[5]。從引起立柱樁豎向位移的誘因出發，來減小立柱的豎向位移是最直接有效的方法。坑底隆起對立柱的影響較大，依據坑底隆起值來確定立柱樁的長度是可行的方法。

影響立柱樁豎向位移的因素很多，且根據實際工程情況，立柱樁樁趾應落在地質條件相對好的土層，保守估算本工程的立柱樁長確定為20m。

5 結語

隨著城市軌道交通的不斷發展，超深超大基坑不斷出現，立柱樁的應用也越來越普遍。影響立柱樁穩定性，特別是豎向位移的因素眾多，通過有限元軟件進行分析計算坑底深度與基坑隆起值的關系，從引起立柱樁豎向位移的誘因出發，應用隆起值來估算立柱樁的長度是簡單，有效，可行的。本文針對天津地區某車站基坑，實例分析估算立柱樁的長度為20m，根據以往的工程經驗是合理的，對同類的工程有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1] 劉燕，劉濤，王海平.深基坑開挖引起中間立柱豎向位移估算分析[A]. 第三屆全國巖土與工程學術大會論文集，2009

[2] 車愛蘭，葛修潤等，關于地鐵地震響應的模型振動試驗及數值分析[J].巖土力學，2006年8月第27卷第8期

[3] 朱合華，丁文其，地下結構施工過程的動態仿真模擬分析[J].巖石力學與工程學報，1999，18（5）：558—562.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB 50497-2009.地下水與建筑基礎工程 [S].北京：中國計劃出版社，2009

[5] 毛金平，徐偉.呂鵬.基坑立柱豎向位移分析 [J].北京：建筑技術，2004.