相鄰基坑共用地連墻受力特性分析

(安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院　安徽　合肥　230022)

引言

地下空間結(jié)構(gòu)在施工的過程中，會(huì)引起周邊地表、建筑的沉降，需要多種措施來保證地下結(jié)構(gòu)施工的安全[1]。為了保證地下結(jié)構(gòu)、周邊建筑,地下管線等在施工中的安全，地下空間結(jié)構(gòu)的受力變形特性越來越成為研究的熱點(diǎn)[2]。

目前在深基坑方面主要的研究有：Hsieh P G等[3]運(yùn)用PLAXIS 3D有限元分析軟件分別模擬了在T型扶壁與矩形扶壁作用下，對(duì)地連墻在開挖過程中的位移變形的影響，研究表明，矩形扶壁比T形扶壁更有效地減少地連墻在開挖過程中的位移變形。李淑[4]通過對(duì)比北京地區(qū)明挖順作法基坑施工案例，分析了灌注樁深基坑以及復(fù)合土釘墻基坑的墻體的位移規(guī)律。

一、工程概況

合肥市新交通大廈位于勝利路和長(zhǎng)江東路交口，建筑高度180m，建筑面積63396m2,基坑地下空間結(jié)構(gòu)與地鐵1、2號(hào)線地下空間結(jié)構(gòu)比鄰，相互影響。基坑標(biāo)準(zhǔn)段位置的支撐采用各層板，其各板間距由上向下依次為6.45m、4.90m、6.40m、6.45m。基坑地下空間結(jié)構(gòu)均采取共用地下連續(xù)墻的方式，使用蓋挖逆作法和盆式開挖法的開挖方式。

二、數(shù)值模擬分析

(一)數(shù)值計(jì)算假定

(1)假定結(jié)構(gòu)材料和土體是連續(xù)的、均勻的、各向同性的；

(2)施工過程中不考慮由鄰近地塊或底部傳遞過來的構(gòu)造應(yīng)力；

(3)不考慮基坑降水中對(duì)鄰近建筑物的不均勻沉降產(chǎn)生的影響；

(4)由于動(dòng)荷載的大小、方向和位置隨時(shí)間而變化，不考慮其對(duì)土體和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。

(二)土體參數(shù)選取

分析合肥新交通大廈地質(zhì)勘查報(bào)告，并結(jié)合實(shí)際建立模型的困難度，將土層簡(jiǎn)化為6層，自上而下分別為：雜填土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉細(xì)砂、強(qiáng)風(fēng)化巖泥質(zhì)砂巖和中風(fēng)化巖泥質(zhì)砂巖。土體的物理力學(xué)性質(zhì)如下表1所示。

表1　土層物理力學(xué)性質(zhì)

(三)模型建立

二維基坑數(shù)值模型的邊界條件設(shè)定為：頂部邊界為自由表面，在模型的兩個(gè)側(cè)面設(shè)置水平位移約束，在底部設(shè)置水平、豎直兩個(gè)方向的位移約束。由于地下連續(xù)墻的底部在砂巖之中，可假設(shè)其為不動(dòng)點(diǎn)，設(shè)置水平、豎直兩個(gè)方向的位移約束，便于分析在基坑施工過程中兩側(cè)基坑的受力特性。建立二維基坑數(shù)值模型，對(duì)地連墻的兩側(cè)基坑的受力特性進(jìn)行對(duì)比分析。此截面上的墻體水平位移測(cè)點(diǎn)ZQT-43，用來提取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。軌道交通2號(hào)線基坑寬23.3m，深24.4m，大廈基坑寬51.6m，深26.3m。建立長(zhǎng)230m，深80m的二維有限元模型,模型采用映射網(wǎng)格，映射網(wǎng)格所生成的有限元模型模型較小，可以減小計(jì)算所需的資源，加快計(jì)算速度,網(wǎng)格單元總數(shù)為6016個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為5505個(gè)，各類板結(jié)構(gòu)取單位寬度1m。數(shù)值模型如下圖2所示，左側(cè)為地鐵2號(hào)線基坑，右側(cè)為新交通大廈基坑。

圖2　二維基坑數(shù)值模型

三、數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

研究在大廈基坑施工過程中與2號(hào)線共用地連墻的受力變形特性。在Midas GTS/NX有限元軟件建模計(jì)算中是從工況1到工況8，不同工況下共用地連墻的彎矩云圖如圖4所示，彎矩值變化曲線圖如圖5所示。

圖5　彎矩值變化曲線圖

通過彎矩云圖和彎矩曲線變化圖對(duì)比分析得出，基坑底部以上的彎矩狀態(tài)變化很小，只在基坑底部發(fā)生了顯著的波動(dòng)，因此需要重點(diǎn)分析基坑底部附近位置的彎矩變化值。基坑底部處的彎矩受剪力作用的影響較大，地連墻右側(cè)基坑底部的剪應(yīng)力在基坑完成底板澆筑時(shí)由0.28Mpa增長(zhǎng)為0.76Mpa，增大了2.71倍，右側(cè)地連墻的變形導(dǎo)致基坑變形和受力，必須對(duì)地連墻的剪力值進(jìn)行控制。

四、結(jié)論

(1)當(dāng)大廈基坑開挖至底面即在地鐵基坑底面以下時(shí)，共用地連墻的受力狀態(tài)發(fā)生巨變，最大負(fù)彎矩增長(zhǎng)了1363.23kN·m，為原來的4.24倍。

(2)由于地連墻基坑底部的彎矩變化過大會(huì)導(dǎo)致地連墻在的剪切破壞，必須減小基坑底部傳遞給共用地連墻的剪力。

(3)防止右側(cè)地連墻的水平位移和變形過大，在確定了地連墻的規(guī)格尺寸的前提下，可增加一些臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)從而增加整體支撐剛度；另外，減小單次開挖的深度，從而減小卸荷壓力。