淺談相鄰雙基坑開挖相互影響性狀分析

文/周偉 攀鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司 四川攀枝花 617000

以某實(shí)際相鄰雙基坑工程為原型利用PLAXIS 建立相鄰基坑開挖的二維模型采用HS 土體本構(gòu)模型分析相鄰基坑同步開挖對(duì)土體位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形與內(nèi)力的影響考慮不同開挖工序和不同基坑間距分析相鄰基坑開挖的影響范圍和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在不同開挖工序下的變形特征。

1、工程概況

本工程根據(jù)四川某基坑項(xiàng)目進(jìn)行解析，詳細(xì)狀況如下所述：相鄰基坑A 和B 坑平面形狀接近相似，兩基坑之間距離20m 地下水位為地表下-4m 處土層沿高度分布。B 基坑右側(cè)交通量較大故其右側(cè)考慮10 ～20m 處施加10kPa 的交通荷載。A 基坑開挖深度為12m 基坑存在放坡比例設(shè)為3：4。采用雙排H700x300 型鋼+3道錨索的支撐形式土體開挖到-4m、-7m、-10m 處各設(shè)置一道道錨桿.B 基坑開挖深度為15.5m 支護(hù)結(jié)構(gòu)采用排樁+內(nèi)支撐的形式排樁采用 Φ1200@1500 鉆孔灌注樁樁長30m。土體開挖到-2.35、-8.35、-12.75m 處各設(shè)置一道水平支撐。

2、二維模型建立

采用PLAXIS 建立二維有限元模型。二維模型長420m 高60m.A 基坑H 型鋼、放坡支護(hù)和B 基坑排樁均采用剛度等效方法模擬為地下連續(xù)墻等效后計(jì)算參數(shù)如表2所示。A 基坑錨桿采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)錨桿模擬自由段土工格柵模擬錨固段錨桿自由段軸向剛度EA 為6x105kN m-1 錨 固 段 彈 性 模 量E 為3x107kNm-2 錨固 體 直 徑D 為0.16m 側(cè) 摩 阻 力Ttopmax 為150kNm-1 鋼管斜撐軸向剛度為5x106 kNm-1。B 基坑采用C30 鋼筋混凝土內(nèi)支撐截面為0.8m＊1.2m內(nèi)支撐立柱為鋼結(jié)構(gòu)箱型桿件截面為0.32mx0.32m。在PLAXIS 模型底部施加固定約束水平和豎直方向均固定兩側(cè)豎直邊界施加滑動(dòng)約束水平方向固定豎直方向自由。土體參數(shù)采用不排水指標(biāo)泊松比vur=0.49。土體本構(gòu)模型采用HS 模型參考應(yīng)力pref 取100kPa。土層其它本構(gòu)參數(shù)詳見表1。其中：h 為土層厚度Y 為土的重度k 為滲透系數(shù)Eref 為三軸加載模量Eref 為切線壓縮模量Eref 為卸載—再加載模量m 為模量應(yīng)力相關(guān)冪指數(shù)R。

3、相鄰基坑同步開挖性狀分析

基坑開挖面以下網(wǎng)格明顯向上運(yùn)動(dòng)兩基坑兩側(cè)地面均凹向變形。A 基坑1 號(hào)樁和2 號(hào)樁向坑內(nèi)呈懸臂型變形B 基坑3 號(hào)樁和4 號(hào)樁向坑內(nèi)凸向變形。地面沉降呈凹槽型A 基坑左側(cè)地面最大沉降發(fā)生位置為0.75H 最大沉降值為0.0048H(H 為基坑開挖深度)。B 基坑右側(cè)10 ～20m 范圍考慮10kPa 的交通荷載最大沉降發(fā)生在距基坑邊緣0.97H 最大沉降值為0.0051H。兩基坑間地面最大沉降發(fā)生在兩基坑的中間位置最大值為0.0074H。這是由于相鄰基坑同時(shí)開挖對(duì)基坑間土體沉降產(chǎn)生疊加影響導(dǎo)致基坑間土體的沉降大于兩側(cè)基坑地面沉降。下圖為開挖過程中A 基坑和B 基坑的坑底隆起曲線。圖(a)表明A 基坑在第一層開挖階段坑底中間部分隆起較小兩側(cè)圍護(hù)墻向坑內(nèi)變形圍護(hù)墻附近土體隆起量大于中間土體。第二層和第三層開挖階段坑底隆起為開挖卸載產(chǎn)生的彈性變形隆起呈中間大兩邊小的“鍋底”型。第四層開挖階段左側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)變形 進(jìn)一步擠壓坑內(nèi)土體使坑底土體發(fā)生塑性變形隆起量大幅度增加。由于兩基坑同時(shí)開挖引起的卸荷作用導(dǎo)致A 基坑右側(cè)隆起量小于左側(cè)。開挖到坑底后左側(cè)最大隆起值為0.0021H 發(fā)生在距1 號(hào)樁1.33H 處。

圖(b)表明B 基坑在第一層開挖階段坑底最大隆起出現(xiàn)在右側(cè)從左至右逐漸增大。第二層和第三層開挖階段坑底隆起為開挖卸載產(chǎn)生的彈性變形隆起曲線呈中間大兩邊小的“鍋底”型。第四層開挖階段右側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)變形進(jìn)一步擠壓坑內(nèi)土體使坑底土體發(fā)生塑性變形隆起量大幅度增加。開挖到坑底后右側(cè)最大隆起值為0.0021H 發(fā)生在4 號(hào)樁左側(cè)0.64H 處。

總結(jié)：

（1）相鄰基坑開挖卸荷對(duì)遠(yuǎn)端圍護(hù)結(jié)構(gòu)和坑底隆起影響很小近端圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移和坑底隆起小于遠(yuǎn)端。相鄰基坑中間地面受相鄰基坑開挖沉降疊加影響沉降量大于基坑另一側(cè)地面沉降量。

（2）基坑間距在20 ～40m 時(shí)相鄰基坑間地面沉降值最大沉降疊加影響最大。相鄰基坑的面積值需要進(jìn)行確定，沉降要符合標(biāo)準(zhǔn)，附近周圍變形和基坑底部的發(fā)生問題，可能會(huì)出現(xiàn)隆起的狀況，相鄰基坑開挖影響降低?；娱g距在40 ～60m 時(shí)卸荷影響減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和坑底隆起趨于穩(wěn)定。本研究認(rèn)為兩基坑同時(shí)開挖時(shí)基坑間距的影響范圍為2.5 ～3.0。

（3）相鄰基坑不同步開挖后開挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移整體偏向先開挖基坑方向.先開挖基坑超前開挖越多基坑近端圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移與單獨(dú)開挖情況差別越小而后開挖基坑近端圍護(hù)結(jié)構(gòu)與單獨(dú)開挖情況差別越大同步開挖情況介于兩者之間。

（4）加強(qiáng)對(duì)開挖尺面以及相鄰的基坑進(jìn)行控制。開挖順序首選同步開挖，其次是先開挖支撐剛度大的基坑最后為先開挖支撐剛度小的基坑。

（5）后開挖基坑開挖時(shí)使先開挖基坑向后開挖基坑方向移動(dòng)，水平支撐剛度較小基坑移動(dòng)程度大于水平支撐剛度較大基坑。