排樁支護基坑開挖的穩定性分析

宋 永 忠

(威海建設集團股份有限公司，山東 威海 264200)

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排樁支護基坑開挖的穩定性分析

宋 永 忠

(威海建設集團股份有限公司，山東 威海 264200)

依托鎮江市高校園區共享區體育館工程實例，基于ABAQUS平面應變模型，對比研究了無支護和排樁支護結構對該工點基坑開挖穩定性的影響，指出排樁支護可有效控制基坑的變形與沉降，避免基坑失穩現象的發生。

基坑，排樁，ABAQUS，穩定性

0 引言

隨著經濟發展的需要，目前各種用途的地下空間已在世界各大城市中得到開發利用，其規模和深度不斷加大，基坑工程逐漸成了城市建設中巖土工程的主要內容之一[1]。常用的基坑支護結構形式主要有放坡、土釘支護、巖土錨桿、內支撐結構、排樁、深層水泥攪拌樁、鋼筋混凝土灌注樁等[2]。

排樁是以某種樁型按隊列形式排布組成的基坑支護結構，普遍常用的樁型是鋼筋混凝土鉆孔樁、挖孔樁、工字鋼樁以及H型鋼樁等，樁的排列形式主要有單排、雙排及連續式等。施工便捷，安全性高，造價低，近年來受到人們的廣泛青睞。

1 工程概況

鎮江市高校園區共享區體育館工程，擬建地址位于在建海燕西路西側的鎮江市高校園區共享區地塊，包含籃球館和游泳館，地上1層，局部地下2層。籃球館與游泳館以-1層地下室頂板為嵌固端，在此以上設抗震縫脫開。

鎮江市在大地構造位置上屬揚子準地臺，下揚子臺褶帶，寧鎮褶皺束東段。擬建場區位于寧鎮山脈的東段，北臨開闊的長江，地形特點是西高東低。依據形態特征，本區地貌類型可劃分為低山、丘陵、崗地、谷地及灘地等。

2 工程地質及水文條件

2.1 工程地質條件

擬建場地地質條件復雜,巖土地層構成及特征，自上而下依次為：

⑤-1層：全風化凝灰巖，密實，分布不均勻，工程地質性質一般。僅在場地內南側有分布，層厚度為0.00 m～9.20 m。

⑤-2層：強風化凝灰巖，密實，場地南側分布較為穩定，工程地質性質好。僅在場地內南側有分布，層厚度為0.00 m～17.50 m。

⑥層：石灰巖，中等風化，分布穩定，但巖體中局部有溶洞分布，穿過溶洞后，工程地質性質良好。在場地內主要分布于場地北側，層厚為0.00 m～8.40 m。

2.2 水文地質條件

場地地下水類型主要為潛水，地下水穩定水位埋深位于自然地面下3.40 m～8.20 m左右，隨地形起伏。地下水主要接受大氣降水，地下水排泄方式以自然蒸發及滲流為主，水位四季有一定變化，近3年～5年最高地下水位約為2.50 m(場地地勢低處)，最低地下水位埋深為9.00 m(場地地勢高處)，近3年～5年地下水位變化幅度在0.50 m左右。

3 雙排樁支護基坑開挖的穩定性分析

基坑的開挖過程復雜,對支護結構的內力、變形及周邊土體位移進行有限元計算變得尤為重要，不僅可提高工程施工的安全性，更能通過模擬計算得出最優方案，指導施工。文章依托鎮江市高校園區共享區體育館工程典型工點，基于ABAQUS的單元生死功能，模擬基坑開挖。

3.1 模型建立

擬建場地四周較為開闊(東側距在建海燕西路約30 m)，坑底及坑壁主要為④-3-1和④-3-2層土，現場地勢為南低北高，若地下車庫底板厚度為0.5 m，則擬建基坑開挖深度最北側大約為9.0 m，基坑支護結構的安全等級為二級。

有限元計算時采用摩爾—庫侖模型，簡化為平面應變問題，限制其水平和底部兩個方向邊界位移條件。

土體計算參數如表1所示。

表1 土體計算參數

3.2 無支護條件下基坑穩定性分析

基坑開挖的過程，擾動了原穩定土的應力場，使得土體應力分布發生較大變化，開挖面上初試應力的釋放導致坑壁和基地發生水平和垂向的位移，如果變形過大，將導致基坑失穩，產生較大損失。因此需要對基坑開挖的水平位移、豎向位移及塑性變形進行分析。

經ABAQUS數值模擬計算，無支護條件下基坑開挖后土體水平位移、豎向位移及等效塑性應變見圖1～圖4。

由圖1～圖4可看出，在無支護條件下開挖，開挖面的水平位移隨開挖深度的加大而增大，最大豎向位移發生在基坑底部。在無支護情況下，隨開挖深度加大，基坑底部會隆起，在基坑底部側腳形成塑性區，坑壁土體會發生外鼓，直至基坑側壁土體外涌，基坑失穩，發生破壞，對工程造成巨大損失。

3.3 排樁支護基坑開挖穩定性分析

采用排樁支護結構支護基坑，采用鋼筋混凝土鉆孔樁。由于樁長為開挖深度的1.7倍時支護效果較好[3]，故樁長取15 m，樁徑1 m，樁間距3 m。數值計算結果如圖5～圖7所示。

對比無支護條件下的計算圖可發現，排樁支護后，開挖面的水平位移明顯減小，原塑性區已消失，僅在支護樁位處產生塑性應變，分析可能是由于排樁局部應力集中造成的。觀察樁體水平應力發現，在基坑中下部及底部出現較大應力，主要由于土拱效應導致的。排樁支護基坑開挖效果顯著，有效控制了基坑變形及沉降，保證了其側壁的穩定性。

4 結語

通過對鎮江市高校園區共享區體育館工程基坑進行有無支護結構的有限元對比模擬計算，得出：

1)排樁支護可有效控制基坑的變形及沉降，避免基坑側壁發生土體外涌，基坑失穩。

2)開挖面的水平位移隨開挖深度的加大而增大，最大水平位移發生在坑壁上部，而最大豎向位移發生在基坑底部。

3)排樁支護時在基坑底部及中下部產生較大應力，主要是由于土拱效應造成。

[1] 司鳳雄.深基坑土釘支護的數值模擬及穩定性分析[D].大連:大連理工大學，2003.

[2] 劉 亮.基于FLAC3D大秦左岸基坑支護穩定性研究[D].阜新：遼寧工程技術大學,2013.

[3] 王星華,謝李釗,章 敏.深基坑開挖中雙排樁支護的數值模擬及性狀[J].中南大學學報(自然科學版),2014(2):596-602.

The stability analysis on row pile support foundation pit excavation

Song Yongzhong

(WeihaiConstructionGroupLimitedCompanybyShare,Weihai264200,China)

Based on the stadium engineering examples of Zhenjiang university park sharing area, based on ABAQUS plane strain model, this paper compared and researched the influence of non support and row piles retaining structure to the work point foundation pit excavation stability, pointed out that the row pile support could effectively control the deformation and settlement of foundation pit, to avoid the occurrence of foundation pit instability phenomenon.

foundation pit, row pile, ABAQUS, stability

1009-6825(2017)06-0098-02

2016-12-12

宋永忠(1973- )，男，工程師

TU463

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