分層開挖對(duì)基坑變形影響的研究

[摘要]以中原萬達(dá)廣場(chǎng)塔吊基坑開挖工程為算例，通過數(shù)值模擬開挖方式（分層開挖）的不同對(duì)周圍環(huán)境的影響，分析表明：該基坑選用分4層開挖（即每層開挖2 m）是較為經(jīng)濟(jì)、安全的開挖方式，且在距坑底1/3開挖深度處水平位移較大，基坑支護(hù)應(yīng)在此處加強(qiáng)。

[關(guān)鍵詞]分層開挖；基坑變形；水平位移；數(shù)值模擬；FLAC3D

[中圖分類號(hào)]TU745.3[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)力量的發(fā)展，現(xiàn)代城市生活對(duì)地下空間的應(yīng)用要求也越來越高，如大型的地下停車場(chǎng)、地下商場(chǎng)、地下糧倉等，因而使得基坑的開挖深度也在不增大，如上海交大海洋深水試驗(yàn)池開挖深度達(dá)39 m之多。對(duì)于這些深基坑從開挖到支護(hù)，諸多因素會(huì)對(duì)基坑的穩(wěn)定及周圍環(huán)境有著不同程度的影響，而開挖方式的不同對(duì)基坑變形影響較大。常見的基坑開挖方式有：分層開挖，文中通過數(shù)值模擬軟件FLAC3D對(duì)分層開挖結(jié)果進(jìn)行分析。

1工程算例

鄭州中原萬達(dá)廣場(chǎng)，地塊位于鄭州中原區(qū)，東至秦嶺路、南臨伊河路、西至華山路、北至中原路，文中算例選用鄭州中原萬達(dá)廣場(chǎng)塔吊基座基坑，基坑開挖深度為-8.0 m，開挖長寬為10 m×10 m，假定基坑為無支護(hù)天然開挖，算例中土層參數(shù)如表1：

2數(shù)值模型的建立

數(shù)值計(jì)算選用莫爾-庫侖模型?？紤]開挖影響區(qū)域[1][2]，模型大小選用：50 m×50 m×20 m，開挖區(qū)域?yàn)椋?0 m×10 m×8 m，將表1的土層參數(shù)換算成FLAC3D軟件識(shí)別的參數(shù)[3]，如表2：

2.1計(jì)算結(jié)果分析

通過FLAC3D模擬得到1層開挖、2層開挖（4m/層）、4層開挖（2m/層）、8層開挖（1m/層），開挖結(jié)果如下：

圖1是幾種不同分層開挖方式下基坑坑壁的水平位移圖，圖中數(shù)據(jù)表明在基坑在無支護(hù)開挖時(shí)，基坑坑壁的水平位移呈現(xiàn)出頂部及底部位移較小，其中底部位移最大只有4 mm，這主要是基坑坑底的土體對(duì)基坑側(cè)壁的位移有約束?？颖谧畲笪灰瓢l(fā)生在距離基坑底1/3開挖深度處，因此工程做基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在此處加大約束，如加強(qiáng)錨桿的預(yù)應(yīng)力、加長土釘?shù)拈L度等。分層開挖對(duì)基坑坑壁的位移影響明顯，無支護(hù)開挖最大位移達(dá)18 mm，而分4層開挖時(shí)，最大位移僅有12 mm，且整體位移曲線都偏小。圖2是幾種不同分層開挖方式下基坑坑外地表的沉降圖，圖中表明了在各種開挖方式下，坑外地表沉降在開挖面處最小，但沉降值隨著至開挖面距離的增加而增大，在2倍的開挖深度處沉降達(dá)到最大值，之后趨于穩(wěn)定。

圖1、圖2同時(shí)還表明了，分4層及分8層開挖時(shí)，對(duì)基坑的約束變形都起來較好的作用，但是分8層開挖時(shí)，對(duì)基坑約束變形較之分4層開挖工況下效果并不明顯，從便于實(shí)際施工的角度，該工程分4層開挖較為安全且經(jīng)濟(jì)。

3結(jié)論

本研究通過數(shù)值模擬計(jì)算，得到幾種不同分層開挖方式下基坑坑壁的水平位移及坑外地表沉降數(shù)值，通過對(duì)比分析說明：該基坑選用分4層開挖（即每層開挖2 m）是較為經(jīng)濟(jì)、安全的開挖方式。由水平位移曲線也說明了在距坑底1/3開挖深度處水平位移較大，基坑支護(hù)應(yīng)在此處加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳忠誠，湯連生，廖志強(qiáng)等.深基坑復(fù)合土釘墻支護(hù)FLAC-3D模擬及大型現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2006，28（增刊）.

[2]丁勇春，周順新，王建華.深基坑開挖與土釘支護(hù)三維數(shù)值分析[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2011.

[3]陳育民，徐鼎平.FLAC/FLAC3D基礎(chǔ)與工程實(shí)例[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

作者簡介：李剛（1982-），男，洛陽隆君建設(shè)工程有限公司，從事地下結(jié)構(gòu)施工及研究工作。

鄭霞（1986-），女，洛陽隆君建設(shè)工程有限公司，從事地下結(jié)構(gòu)施工及研究工作。