胡琳

（無(wú)錫地鐵集團(tuán)，江蘇 無(wú)錫 214023）

基坑周邊超載作用位置對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的模擬分析

胡琳

（無(wú)錫地鐵集團(tuán)，江蘇 無(wú)錫 214023）

以地鐵車(chē)站某深基坑工程為背景，利用FLAC3D有限差分軟件，建立合適的模型對(duì)基坑采用超載距基坑長(zhǎng)邊和短邊遠(yuǎn)近不同的三種工況進(jìn)行分層分步開(kāi)挖，根據(jù)FALC3D軟件計(jì)算的結(jié)果分別對(duì)三種不同工況在各層開(kāi)挖過(guò)程中的地下連續(xù)墻的變形進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)出超載距基坑長(zhǎng)邊和短邊遠(yuǎn)近對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)安全的影響規(guī)律。

超載位置；FLAC3D模擬；地下連續(xù)墻變形；支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。

0　引言

地鐵車(chē)站一般位于城市的繁華區(qū)域，周邊密集建筑物、構(gòu)筑物，車(chē)流、人流密度大，同時(shí)豐富的地下管線錯(cuò)綜布置。地鐵車(chē)站深基坑在開(kāi)挖作業(yè)時(shí)受此影響因素，施工作業(yè)空間狹小，基坑周邊大部分貼近建設(shè)用地紅線。由基坑周邊建筑物、交通道路的車(chē)輛、施工機(jī)械荷載、運(yùn)輸材料車(chē)輛和建筑材料堆放等原因產(chǎn)生的基坑周邊超載不可避免的對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生影響，這些超載作用位置的不同，會(huì)對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形帶來(lái)不同的影響。

本文利用FLAC3D有限差分軟件，通過(guò)建立模型對(duì)距基坑周邊不同位置的三種超載工況進(jìn)行分層分步開(kāi)挖進(jìn)行模擬，根據(jù)FALC3D軟件模擬的計(jì)算結(jié)果分別對(duì)三種不同工況在各層開(kāi)挖過(guò)程中的地下連續(xù)墻的變形進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)出超載作用在基坑不同位置對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全的影響規(guī)律。

1　工程概況

地鐵車(chē)站為三層三跨框架結(jié)構(gòu)，車(chē)站主體外包總長(zhǎng)約為201.60 m，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬度約為19.7 m。車(chē)站頂板覆土約3.0 m，站臺(tái)中心處底板埋深約23.32 m。車(chē)站兩端各設(shè)一端頭井，東端頭井內(nèi)凈平面尺寸為14.1 m×23.8 m，開(kāi)挖深度26～29.1 m，基坑采用明挖順做法施工，維護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻厚度h=1 000 mm，深度39 m。標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度為26 m，沿基坑深度設(shè)置四道支撐，第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐，尺寸為1 200 mm× 1 000 mm，其余均采用609鋼管支撐；基坑采用端頭井開(kāi)挖深度約29.1 m，沿基坑深度設(shè)置四道支撐，第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐，尺寸為1 200 mm×1 000 mm，其余均采用609鋼管支撐?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)體系剖面見(jiàn)圖1。

圖1　基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系剖面圖

2　超載工況距離基坑長(zhǎng)邊和短邊各工況的對(duì)比關(guān)系

這三個(gè)工況分別是，工況一是荷載距離基坑長(zhǎng)邊和短邊的距離分別是5 m、5 m；工況二是荷載距離基坑長(zhǎng)邊和短邊的距離分別是5 m、10 m；工況三是荷載距離基坑長(zhǎng)邊和短邊的距離為10 m、5 m；三個(gè)工況施加荷載大小為20 kPa、荷載寬度為10 m。三個(gè)工況的對(duì)比關(guān)系，見(jiàn)表1。

表1　基坑周邊超載工況

3　對(duì)不同超載距基坑長(zhǎng)邊和短邊遠(yuǎn)近不同工況的FLAC模擬

3.1計(jì)算模型

根據(jù)對(duì)稱性原理，選取實(shí)際工程尺寸的?。根據(jù)該基坑的地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告，土層劃分為6個(gè)土層?；娱_(kāi)挖會(huì)對(duì)基坑周邊一定范圍內(nèi)的環(huán)境產(chǎn)生影響，所以模型的大小必須足夠大到可以覆蓋到基坑開(kāi)挖可能影響到的區(qū)域，同時(shí)大小又要兼顧計(jì)算的效率。根據(jù)現(xiàn)行的國(guó)家規(guī)范，參考現(xiàn)有的研究成果，影響范圍為2～3倍的基坑開(kāi)挖深度，深度約為基坑開(kāi)挖深度的3倍。因此整個(gè)模型的尺寸確定為165 mm×113 mm×72 mm（長(zhǎng)×寬×高）。為了減少不必要的網(wǎng)格，提高計(jì)算效率，對(duì)連續(xù)墻及周?chē)馏w的網(wǎng)格劃分較密,而模型的地下連續(xù)墻及基坑遠(yuǎn)處土體的網(wǎng)格劃分稀疏,模型中的6個(gè)顏色代表了模型中的6種土層?；幽Ｐ图熬W(wǎng)格分組見(jiàn)圖2。

圖2　施工方案計(jì)算模型

3.2本構(gòu)模型

在模擬基坑開(kāi)挖的施工中，土體材料選用摩爾-庫(kù)侖模型計(jì)算；地下水通過(guò)基坑周邊集水井降水，在模擬過(guò)程中不考慮地下水對(duì)新建車(chē)站結(jié)構(gòu)的影響作用.施工模擬計(jì)算時(shí)地層和材料的應(yīng)力應(yīng)變變化假設(shè)均在彈塑性范圍內(nèi)[1].

3.3計(jì)算力學(xué)參數(shù)

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)提供的巖土工程勘察報(bào)告中土體的物理力學(xué)性質(zhì),將部分性質(zhì)相近的土體合并,劃分為6層土體.利用勘測(cè)報(bào)告中的彈性模量和泊松比對(duì)地勘資料整理與轉(zhuǎn)換的土體參數(shù)（見(jiàn)表2）,鋼筋混凝土及鋼材材料計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3。

表3　鋼筋混凝土及鋼材材料參數(shù)表

3.4FLAC3D模擬距離基坑長(zhǎng)邊和短邊遠(yuǎn)近對(duì)地下連續(xù)墻水平位移計(jì)算結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)工況一、工況二和工況三數(shù)值模擬，對(duì)地下連續(xù)墻水平位移的計(jì)算結(jié)果分析對(duì)比：這兩個(gè)工況分別是，工況二是荷載距離基坑的長(zhǎng)邊和短邊分別是5 m、10 m；工況三是荷載距離基坑長(zhǎng)邊和短邊的距離為10 m、5 m；三個(gè)工況施加荷載都為20 kPa。三個(gè)工況下的地下連續(xù)墻水平位移計(jì)算結(jié)果和正常開(kāi)挖工況的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4，為了更直觀的反映超載距基坑遠(yuǎn)近對(duì)地下連續(xù)墻水平變形的影響，繪制地下連續(xù)墻水平位移曲線見(jiàn)圖3。

表4　地下連續(xù)墻水平位移的計(jì)算結(jié)果（單位：mm）

表2　土體參數(shù)

圖3　地下連續(xù)墻的水平位移的對(duì)比曲線

通過(guò)表4的計(jì)算結(jié)果分析，超載距離基坑長(zhǎng)邊和短邊的距離的遠(yuǎn)近的工況二、工況三開(kāi)挖下的地下連續(xù)墻的水平位移的最大值為-65.28 mm、-64.97 mm比工況一開(kāi)挖工況下的地下連續(xù)墻的水平位移的最大值-61.91 mm的增幅約為5.44%、4.94%。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比和地下連續(xù)墻水平位移對(duì)比曲線可以得出結(jié)論：當(dāng)超載離基坑長(zhǎng)邊近的工況要比超載離基坑短邊近的工況使地下連續(xù)墻水平位移增加的多。工地內(nèi)的施工行車(chē)路線放在基坑短邊，堆放荷載放在基坑短邊，這樣對(duì)基坑支護(hù)體系的安全影響能降低一些。

4　結(jié)論與討論

（1）通過(guò)上述工況一、工況二和工況三的模擬結(jié)果對(duì)比，可知超載離基坑長(zhǎng)邊近的工況要比超載離基坑短邊近的工況使地下連續(xù)墻水平位移增加的多，在設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)考慮基坑周邊超載的位置；以及在布置施工場(chǎng)地時(shí)，施工機(jī)械荷載、運(yùn)輸材料車(chē)輛路線、建筑材料堆放位置盡量避免超載出現(xiàn)基坑長(zhǎng)邊，這樣能降低基坑周邊超載對(duì)基坑支護(hù)體系的安全影響。

（2）如何更好地借助仿真軟件對(duì)單元屬性的定義，更好的模擬地層的開(kāi)挖與支護(hù)，減小模擬與實(shí)際監(jiān)測(cè)間的差距，提供更為精準(zhǔn)的有利于安全施工的沉降預(yù)測(cè)，仍有待于進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)與研究。

[1]高立新.地鐵車(chē)站深基坑變形規(guī)律監(jiān)測(cè)及FLAC模擬研究[D].陜西西安:西安科技大學(xué),2009.

[2]任建喜.地鐵車(chē)站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律監(jiān)測(cè)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2009,126(3):89-92.

[3]張顯飛.深基坑內(nèi)支撐支護(hù)體系及其數(shù)值研究[D].陜西西安:西安建筑科技大學(xué),2006.

[4]仇文革.地下工程近接施工力學(xué)原理與對(duì)策的研究[D].四川成都:西南交通大學(xué),2003.

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[6]龔曉南.基坑工程實(shí)例[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

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TU473

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1009-7716（2016）03-0114-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.033

2015-11-11

胡琳（1984-），女，江蘇無(wú)錫人，工程師，從事地鐵建設(shè)工作。