某擴建項目基坑工程設計與分析

李得喜

(深圳市港嘉工程檢測有限公司，廣東 深圳 518126)

0 前 言

由于城市外來人口的迅速增加造成醫療資源的供需不足，以及建設用地的緊張，廣東省深圳市某醫院需在原綜合樓旁進行擴建。為避免擴建項目基坑工程開挖影響原有建筑物的正常使用，需要嚴格控制基坑變形[1]。本項目采用理正深基坑軟件對基坑支護結構進行了詳細計算，并用有限元軟件MIDAS/GTS對基坑開挖變形進行了仔細分析[2]。

1 工程概況

深圳市某醫院擴建項目基坑周長約310 m，開挖深度9.1～9.4 m，局部開挖10 m。東側為原有6層醫院綜合樓，基礎為天然地基擴大基礎，建筑物距基坑開挖邊線最近約2.6 m；西側為4棟8層小區住宅，建筑物距基坑開挖邊線約2.4 m。場地地貌單元屬沖洪積平原地貌，有較厚的砂層，從上往下地層見表1。

表1 各地層巖土工程參數選取表

基坑支護設計主要情況：本項目無放坡條件，支護難度大，對沉降與變形要求高，需采用樁+錨索、樁+內支撐或地下連續墻+內支撐結構較為可靠，地下連續墻造價較高，為避免錨索對建筑物的影響，采用內支撐(一道)的形式進行結構支護，護壁樁采用旋挖灌注樁Φ1 200@1 500，截水帷幕采用樁間三管旋噴樁Φ1 000@1 500，基坑安全等級按一級考慮。

2 基坑計算與分析

2.1 理正深基坑建模計算

該基坑劃分為6個剖面，逐個剖面進行平面設計，采用增量法模擬基坑施工過程，得到基坑最大水平位移(15.04 mm)發生在基坑東側鈍角位置，如圖1所示。

圖1 開挖至-9.4 m圍護結構的內力位移圖

2.2 MIDAS/GTS建模分析

2.2.1 本構模型

支撐、圍護樁體的變形在基坑開挖的過程中變形相對較小，在基坑施工過程中其材料不會達到屈服狀態，故本計算中用線彈性材模擬支撐、樁體。根據支護結構的受力特點，鉆孔樁(等效為地下連續墻)采用板單元模擬，支撐構件采用梁單元模擬，腰梁、冠梁采用梁單元模擬。基坑施工的過程中產生的附加應力很有可能超過巖土材料的比例極限(線彈性)而達到塑性狀態，所以對于巖土材料本文采用MIDAS/GTS提供的Mohr-Coulomb彈塑性本構模型[3]。

周邊建筑物每層取荷載20 kN/m2 [4]，為了便于建模將建筑物等效成5m高的實體。

2.2.2 計算模型與工序

本計算模型對基坑進行了一些簡化處理，因未考慮立柱及立柱樁而采取對支撐施加豎向約束。模型的全貌及支護結構的網格模型圖如圖2～3所示。根據實際施工情況，將基坑施工開挖分成5步[5]，詳見表2。

圖2 計算模型全貌

圖3 基坑支護結構模型圖

表2 計算工序一覽表

2.2.3 計算結果分析

從基坑圍護結構水平位移云圖(見圖4)可以看出，最終工況最大水平位移(約12.49 mm)發生在基坑東側頂部。中下部主要為全～強風化地層，土質情況較好，因此，水平位移較小。

圖4 開挖至-9.4 m圍護結構的水平位移云圖

與理正深基坑計算結果(見圖1)相比，水平位移偏小，究其原因在于基坑的空間效應，以及圍護結構的切向剛度存在，控制了基坑的變形。

3 結 語

1)理正深基坑和MIDAS/GTS兩種建模方法采取不同的原理，前者屬于荷載-結構法，后者跳出荷載-結構法的束縛，而從整體上進行考慮[6]。由于空間效應的存在，后者計算出來的水平位移較前者要小，因此，在基坑設計中采用理正深基坑平面建模方法是偏于安全的。

2)在深厚砂層和周邊為天然地基淺基礎建筑物條件下，本項目采用旋挖灌注樁+內支撐支護、旋噴樁止水取得了良好的支護效果，基坑順利施工完成，且最終監測結果顯示支護結構測點最大水平位移為13.5 mm，發生于基坑東側鈍角位置，與設計分析結果較吻合，可為本地區同類工程設計提供參考。

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