某深基坑近鄰鋼連廊基礎施工安全性影響分析

曹茜，楊佳璇

1 工程概況

北京市某地下連接通道，采用淺埋暗挖法施工，因受場地限制，其施工豎井基坑位于一既有鋼連廊正下方與其基礎近鄰（見圖1）。該施工豎井內凈空尺寸為12.20m×3.00m，深19.04m，采用排樁+預應力錨索+內部鋼支撐的支護型式，內設置3 道鋼管支撐+3 道預應力錨索（見圖2）。

圖1 施工豎井與連廊基礎位置關系平面圖

圖2 豎井基坑結構剖面

鋼連廊結構基礎采用柱下1.6m×1.6m×0.6m（長×寬×高）獨基+φ800mm 鋼筋混凝土灌注樁，承臺上柱間設0.6m 寬×3.5m 高地連梁。

豎井深基坑施工會對鋼結構連廊基礎產生擾動，從而引起基礎變位，如果其變位過大，會導致上部結構產生較大的附加內力，局部變形超限、破壞，甚至整體失穩垮塌。因此，本文基于FLAC 3D 軟件對豎井施工進行全過程模擬分析，通過分析結果掌握豎井施工過程中鋼連廊結構的變形趨勢，指導施工，為類似工程帶來借鑒意義。

2 模擬計算

2.1 工程地質及本構模型

本工程各土層參數及采用本構模型如表1 所示。

表1 材料的物理力學參數及本構模型

2.2 計算模型

數值模擬模型尺寸為，上表面自由邊界；前后左右水平約束模型總共劃分105 504 個單元，共計110 616 個節點。模型中鋼支撐、鋼腰梁采用梁單元（beam）模擬，預應力錨索采用錨索單元（cable）模擬，其鋼連廊基礎各構件及土層采用實體單元模擬（見圖3～圖5）。

圖3 鋼連廊基礎及上部荷載作用模型圖

2.3 施工過程模擬

圖4 豎井基坑圍護樁模型圖

圖5 豎井內鋼支撐及錨索模型圖

施工過程模擬如下：（1）模型初始平衡，初始位移清零；（2）施作灌注樁及樁頂冠梁；（3）開挖土體至第一道支撐（錨索）下方0.5m；（4）施加第一道鋼支撐及預應力錨索；（5）開挖土體至第二道支撐（錨索）下方0.5m；（6）施加第二道鋼支撐及預應力錨索；（7）開挖土體至第三道支撐（錨索）下方0.5m；（8）施加第三道鋼支撐及預應力錨索；（9）四次開挖至基底標高，并封底；（10）第三道鋼支撐拆除，施作豎井內通道結構，并回填。

3 結果分析

通過計算，得出鋼連廊基礎位移、豎井基坑圍護樁水平位移、豎井基坑鋼支撐及錨索內力、地表沉降及基底隆起的變化情況。

3.1 鋼連廊基礎位移變化分析

豎井施工期間，鋼連廊基礎位移變化如圖6 和圖7 所示。

圖6 鋼連廊基礎X 方向位移云圖

圖7 鋼連廊基礎Y 方向位移云圖

鋼連廊基礎位移最大值統計如表2 所示。

表2 鋼連廊基礎位移最大值統計表mm

鋼連廊基礎因基坑開挖土體卸載，整體表現出不均勻沉降并伴有扭轉，因鋼連廊承臺及地梁剛度較大，較好得限制了ZJ3、ZJ4 摩擦型樁基的沉降，同時也制約了單根樁基水平位移的發展。因第三次及第四次開挖過程中，基坑變形最大，增長速度最快，故施工過程中應著重加強上述開挖過程的基坑監測，并做好相關應急預案。

3.2 鋼支撐及錨索的內力分析

豎井施工過程中，鋼支撐及錨索內力設計值與計算值對比表如表3 所示。

表3 鋼支撐、錨索內力設計值與計算值對比表kN

三道鋼支撐及錨索的計算軸力均符合設計要求。各道支撐中間2 根的支撐內力均大于兩側，第二道支撐軸力最大，這說明基坑圍護結構中部的變形最大，且中部變形大于下部的變形。各道錨索在施加初始預應力后迅速達到平衡狀態，在其后的開挖過程中其內力相對穩定，第三道錨索拉力最大。

3.3 豎井基坑圍護結構的水平位移分析

豎井施工過程中，圍護結構的水平位移變化如圖8 所示。

豎井基坑南北側圍護樁X方向位移變化很小，西側圍護樁X方向位移最大，最大值約為26mm（見表4），發生在樁身和基坑的中部，東側圍護樁因大樓抗固作用變形最小。

表4 圍護結構最大位移量

圖8 豎井圍護樁X 向位移云圖

豎井東西側圍護樁的Y方向位移變化很小，南、北側圍護樁Y方向位移較大，北側圍護樁Y方向最大位移約為-21mm，南側圍護樁Y方向最大位移約為18mm，最大位移產生在樁身基坑中部，均向基坑內側變形。

4 結語

通過上述分析研究，得出了如下結論：

1）豎井施工引起的鋼連廊結構基礎變形滿足產權單位提出的變位限值要求，風險可控，豎井基坑圍護結構變形、鋼支撐及錨索內力、豎井周邊土體變形及基底隆起變形滿足設計單位提出的控制要求。

2）基坑開挖過程中，因對土體擾動導致鋼連廊基礎ZJ4 樁摩阻力削弱最大，沉降變形最明顯。建議在施工過程中，對ZJ4樁基端及持力層提前進行注漿加固，以減鋼連廊基礎的差異沉降，避免傾斜變形。

3）建議在施工過程中加強對連廊基礎結構的變形監測，隨時掌握基礎結構變形趨勢，制定相應的應急預案，當各控制指標達控制限值的60%時，施工進入預警階段，啟動相關應急預案。