深基坑變形影響分析及對信息化施工研究

錢秋瑩，張柱

（1.安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 230011；2.云南人防建筑設(shè)計院有限公司安徽分院，安徽 合肥 230038）

1 工程概況

南京金鷹三期項目位于南京新街口，該項目是由主樓、商業(yè)裙房及地下室組成，主樓48層，結(jié)構(gòu)高度220m，地下5層。基坑面積約為12400m2，局部最深達(dá)30m，為一個大型、深型的基坑。基坑周圍環(huán)境復(fù)雜，對變形要求及其嚴(yán)格，基坑等級為一級。本工程采用順逆結(jié)合作法施工，基坑普遍區(qū)域采用逆作法施工。基坑周邊采用“兩墻合一”地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)體。西南側(cè)塔樓區(qū)域采用厚度為1000mm地下連續(xù)墻。地下室各層水平結(jié)構(gòu)作為基坑開挖過程中的水平支撐體系。基坑采用混凝土支撐，尺寸1300×800mm。該深基坑平面復(fù)雜，本文只選取一個典型斷面來模型基坑開挖。設(shè)置20kPa均布荷載作為場地施工荷載，在距離基坑7m處有一個4層建筑物，設(shè)置80kPa的均布力作用板上，來模擬建筑物的影響。

2 變形數(shù)值模擬分析

完成上述計算模型構(gòu)建和材料參數(shù)的設(shè)定后，采用PLAXIS軟件對基坑的開挖和支護(hù)進(jìn)行了數(shù)值模擬，計算結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測值對比，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移隨時間深度變化模擬結(jié)果與QX6實測值對比如下圖所示。

3 深基坑變形分析及對信息化施工影響

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向水平位移分析

圖1 第一次開挖至-2.05m

圖2 第二次開挖至-8.1m

圖3 第三次開挖至-13.4m

圖4 第四次開挖至-19.2m

圖5 第五次開挖至-22.1m

圖6 地連墻墻頂水平位移隨時間變化模擬與QW6實測值對比

基坑工程開挖中的各工況下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)QW6水平位移隨時間深度變化模擬結(jié)果與實測對比如圖1～圖6所示。將支護(hù)結(jié)構(gòu)QW6測點的水平位移隨深度變化的實測值和模擬值進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)：水平位移實測值與模擬值分布規(guī)律基本一致，最大的水平位移值及其位置與實測值相差不大，同時，可以看出圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向水平位移的實測曲線，不像模擬值那樣光滑且有規(guī)律，這是因為基坑開挖變形不確定影響因素很多，如土體物理參數(shù)的選取、基坑開挖網(wǎng)格的劃分、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度等[1]。縱觀每次開挖對比圖可以看出，模擬值比實測值略大，這可能因為是土體本構(gòu)模型(HS模型)選擇或平面模型計算偏于保守。

從圖5可看出，基坑開挖過程各工況中圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移增加速率比較均勻，開挖第一層土，地連墻側(cè)向位移接近線性分布，上部位移大，下部小，類似懸臂結(jié)構(gòu)。之后每開挖一層土，最大水平位移逐漸下移，基本發(fā)生在地連墻開挖深度處，大體形狀成中間大兩端小。還可以看出，隨著開挖，位移變化速率逐漸加大。根據(jù)信息化施工的原則，水平位移變形速率接近警戒值且變形略大，基坑有破壞的危險。因此及時向業(yè)主方反映，在施工時及時采用施工措施，抑制了基坑的變形，基坑側(cè)向變形趨于穩(wěn)定，避免了事故的發(fā)生，保證了基坑的穩(wěn)定，而且監(jiān)測方也對該測孔進(jìn)行了加密觀測，從而實現(xiàn)信息化施工。

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的水平位移分析

圖6為墻頂部水平位移模擬結(jié)果與實測對比圖。從圖中看出，第一次基坑開挖（開挖至-2.1m），基坑尚未設(shè)置支撐，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部均出現(xiàn)正向位移，之后墻頂位移變化緩慢，說明設(shè)置支撐對限制墻頂位移效果明顯。

通過對觀測曲線分析，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的水平位移的模擬結(jié)果與實測結(jié)果趨勢一致，數(shù)值相差較小，說明了數(shù)值模擬基坑土體是合理的。

3.3 深基坑變形數(shù)值分析對信息化施工影響

通過將模擬的結(jié)果和實測數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的對比分析，不管是圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻身側(cè)向位移還是墻頂位移，模擬值都能很好符合現(xiàn)場情況，說明通過有限元軟件可以很好預(yù)測現(xiàn)場基坑變形的發(fā)展，從而指導(dǎo)實際施工，同時也驗證了結(jié)合數(shù)值模擬來進(jìn)行信息化施工的重要性。

4 結(jié)束語

在基坑理論的分析方法中，基于有限元法的數(shù)值模擬已成為分析巖土工程問題的實用和有效的方法，也是信息化施工的重要手段[2]。

本文根據(jù)南京一具體工程實例，通過有限元數(shù)值模擬，結(jié)果表明模擬值很好符合現(xiàn)場監(jiān)測情況，說明通過數(shù)值模擬可以預(yù)測基坑變形發(fā)展，并能很好地指導(dǎo)施工。現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)合數(shù)值模擬，進(jìn)行信息反饋，從而可以很好地進(jìn)行信息化施工[3]。

[1]龔曉南.關(guān)于基坑工程的幾點思考[J].土木工程學(xué)報，2005，38(9)：99-102.

[2]李云安，葛修潤，張鴻昌.基坑變形影響因素與有限元數(shù)值模擬[J].巖土工程技術(shù)，2001，2：63-68.

[3]林鳴,徐偉.深基坑工程信息化施工技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.6.