建筑密集區的基坑支護設計方案的比選分析

韓擁軍 姜 哲 楊振甲

(中國水電基礎局有限公司，天津 301700)

1 工程概況

三亞天涯度假村升級改造項目位于三亞市三亞灣路海坡開發區，海虹路海虹廣場西北側，地上13層，地下3層，建筑高度50 m左右。基坑深度10 m～13 m，項目周邊民用建筑密集，距基坑邊線近，樓層高，基礎均為天然地基淺基礎。因此，如何控制基坑支護水平位移以及周邊建筑物的豎向沉降是該項目基坑支護設計的重點。

2 研究方法

由于巖土設計的很多不確定性、離散性及模糊性，需要對復雜的工程進行數值分析，研究土體在工作狀態下的應力應變分布規律，以期能夠為設計提供理論計算依據。

本文主要利用Plaxis分析軟件[1]對基坑支護設計的2′—2′剖面進行數值模擬，得到支護結構的變形趨勢和建筑密集區的沉降情況，并與監測數據進行對比。

3 數值計算模型

通過Plaxis軟件對基坑支護設計2′—2′進行數值模擬，對比灌注樁+錨索、地連墻+錨索兩種支護形式。圖1為Plaxis建立的錨索模型。

錨索模型除支護形式不同以外，其他參數均相同。

4 結果分析

計算分析過程中，首先模擬天然狀態下該區域的應力，使之平衡后位移清零，按照實際基坑施工工況進行開挖模擬，錨索預加力為250 kN，樁+錨索、地連墻+錨索方案位移云圖如圖2～圖5所示。

基坑開挖過程屬于土體卸荷，土體內部應力重新分布。隨著土體開挖，基坑外側土體以土壓力的形式作用在支護結構上[2]。從圖2～圖5可知，基坑底部最大回彈量40 cm。隨著基坑內土體開挖，外側土體對支護結構施加土壓力，錨索在外側土體壓力的作用下，軸力逐漸提高，類似的，錨索的側摩阻力及擴大頭端面對土體的擠壓力也逐漸增加，使得周圍土體產生回彈變形。

從圖2可知，由于基坑開挖過程周邊土體產生變形，周邊建筑物在豎向荷載的作用下產生豎向變形，沉降量最大達到27 mm。支護結構樁頂豎向位移為21 mm；從圖3可知，樁隨著基坑開挖，錨索結構產生力學作用，樁體逐漸向坑內傾斜，樁頂水平位移為25 mm，錨索拉拔力引起的錨頭水平位移為43 mm。

同理，從圖4，圖5可知，地連墻+錨索引起的墻頂豎直位移為22 mm，水平位移為20 mm，錨索區域最大水平位移40 mm，建筑物范圍內最大沉降量25 mm。

通過對兩種支護形式的比較，地連墻的抗彎性能比灌注樁的要好，灌注樁的變形相對較大，但位移差值較小，地連墻引起的建筑物的沉降、支護變形相對較小。由此可知，地連墻+錨索較灌注樁+錨索安全性更高。兩種方案均未產生較大滑動，滿足基坑穩定性要求。但考慮支護方案的經濟性及施工工期等因素，灌注樁+錨索方案具有較大優勢，兩種支護方式對比見表1，表2。

表1 變形指標對比 mm

表2 經濟指標對比

5 應用效果

結合項目現場提供的基坑監測數據，整理2′—2′剖面周邊建筑豎向沉降，樁頂水平位移和豎向沉降。2′—2′剖面基坑開挖至坑底，樁頂水平位移累計值為18 mm，豎向位移累計值為8 mm，周邊建筑豎向沉降累計值為20 mm。

結果表明，施工過程中，各項變形指標均和Plaxis分析軟件模擬的變化趨勢相同，且均滿足監測規范要求。

6 項目意義

建筑密集區的基坑支護工程主要以控制支護結構變形和周邊建筑沉降為主。利用Plaxis分析軟件，對灌注樁+錨索、地連墻+錨索兩個方案，從基坑支護設計的安全性和經濟性等方面進行對比，最終選取保證安全且經濟合理的支護方案，并結合該項目現場監測數據，反演基坑開挖工況，論證設計方案的合理性并及時修正設計時各計算參數。通過對不同設計方案的對比，選擇經濟合理的方案對建筑密集區富水砂層地質的基坑支護設計具有一定的指導意義。

[1] 巖土工程分析軟件PLAXIS 2D案例教程[Z].

[2] 常士驃，張蘇民.工程地質手冊[M].第4版.北京：中國建筑工業出版社,2014.