對軟土地區(qū)相鄰基坑開挖的變形探討

□文/陳維靜

對軟土地區(qū)相鄰基坑開挖的變形探討

□文/陳維靜

文章針對天津市濱海新區(qū)軟土地區(qū)相鄰深基坑開挖的工程實例,采用三維空間有限元分析的方法,研究基坑在同時開挖施工時相互作用下的變形機(jī)理，為相似地質(zhì)條件下多個基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)開挖時優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)。

有限元；軟土地區(qū)；相鄰基坑；開挖；變形

隨著城市建設(shè)速度加快，工程中深基坑數(shù)量不斷增加，在軟土地區(qū)如何減小多個基坑開挖時相互影響日趨重要。因此，在掌握工程場地地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，科學(xué)分析與評價地塊相鄰基坑施工的影響程度，以制定相應(yīng)施工措施及對策，是保證工程項目得以順利實施的前提，對其研究分析非常必要。

1　工程概況

本工程位于天津濱海天堿商業(yè)區(qū)。該項目工藝設(shè)計為全地下式泵站，雨污水合建泵站及附屬用房均位于地面以下。雨污水合建泵站基坑總長53.41 m、寬53.20 m，現(xiàn)狀地面高程2.00 m，基坑底高程為-10.34 m、基坑深度為12.34 m，基坑支護(hù)面積2 655.38 m2，采用鋼筋混凝土冠梁加鋼筋混凝土圓環(huán)形支撐的支護(hù)方式。附屬用房基坑長42.30m、寬29.40m、高11.1m，板頂覆土厚度1.0 m，現(xiàn)狀地面高程2.1 m，基坑底高程-6.4m，基坑深度8.5m，基坑面積1523m2。泵站與附屬用房基坑之間距離4.4m，見圖1。

圖1　平面布置

2　分析原理

采用三維空間有限元分析時，建立目標(biāo)支撐體系有限元模型，土體壓力作用作為外部力施加，從而簡化模型。

1）土壓力見圖2。

圖2　水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算

2）約束條件。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐邊界條件約束采用土彈簧模擬，用剛度系數(shù)來體現(xiàn)，見圖3。

圖3　邊界約束

3　地質(zhì)情況

場地土層參數(shù)見表1，計算時土壓力采用水土合算方式，土體參數(shù)采用直剪快剪指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值。

表1　土層參數(shù)

4　分析過程

采用ABAQ US三維巖土分析軟件，建立三維模型進(jìn)行分析計算，見圖4和圖5。

圖4　泵站施工完成后防護(hù)樁累計豎向變形

圖5　附屬用房施工完成后防護(hù)樁累計豎向變形

根據(jù)三維有限元數(shù)值模擬分析，考慮附屬用房基坑施工時對泵站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐體系的影響，其主要結(jié)論如下。

1）相鄰兩個基坑即泵站基坑與附屬用房基坑單獨開挖，互不影響。

泵站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形最大為43.5 mm；三維空間有限元分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形最大為27.4mm。

2）考慮附屬用房基坑施工時對泵站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。二維平面有限元分析基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形：同時開挖時泵站圍護(hù)結(jié)構(gòu)西側(cè)變形為28.2 mm，東側(cè)為45.1mm；三維空間有限元分析考慮附屬用房基坑開挖時泵站東側(cè)土壓力作用發(fā)生衰減，其水平變形為29.3 mm。

綜上所述，在考慮附屬用房基坑開挖對泵站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響作用時，對泵站基坑支護(hù)樁結(jié)構(gòu)變形增加幅度較小，約為7%。結(jié)合本工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐體系設(shè)計安全儲備，影響幅度在允許范圍之內(nèi)，結(jié)構(gòu)屬于安全的。

5　結(jié)論

通過以上數(shù)據(jù)的對比，可以得出以下結(jié)論：相鄰基坑開挖時較淺基坑的開挖對于較基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形有一定的影響。當(dāng)僅開挖較深基坑時，由于基坑兩側(cè)土體強(qiáng)度相當(dāng)，兩側(cè)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形相當(dāng)；而當(dāng)較淺基坑開挖時，由于兩基坑之間的土體受到擾動，較深基坑西側(cè)土體強(qiáng)度明顯衰減，這就使得較深基坑兩側(cè)土體強(qiáng)度一側(cè)強(qiáng)，一側(cè)弱，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)明顯向小基坑側(cè)移動，這樣使得較深基坑西側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移相對減小，東側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移增加。

[1]JGJ 120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]賀桂成，劉永，邵小平.深基坑圍護(hù)開挖空間性狀水平位移數(shù)值模擬研究[J].西部礦探工程，2007，（2）：179-181.

[3]吳華，鄭剛.考慮空間效應(yīng)的基坑開挖及數(shù)值模擬[J].低溫建筑技術(shù)，2007，（2）：85-87.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.011

□TU753

□C

□1008-3197（2015）02-28-02

□2015-01-08

□陳維靜/女，1982年出生，工程師，天津城建設(shè)計院有限公司，從事水工結(jié)構(gòu)、基坑支護(hù)的設(shè)計研究工作。