王 捷

(上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200061)

1 概 述

隨著城市發(fā)展的提速和規(guī)模的擴(kuò)大，其規(guī)劃和建設(shè)水平也在不斷提高，城市地下空間的開發(fā)利用變得越來(lái)越普及?；娱_挖工程是地下空間施工的必要步驟，但施工開挖過(guò)程中往往對(duì)周邊的防汛設(shè)施產(chǎn)生一定影響，如導(dǎo)致周邊排水管線、防汛墻產(chǎn)生不均勻沉降等。因此，建立合適有效的巖土力學(xué)模型，分析并預(yù)測(cè)基坑開挖工程對(duì)周邊防汛設(shè)施的影響，是十分必要的。PLAXIS 2D/3D程序是由荷蘭PLAXIS B.V.公司推出的一系列功能強(qiáng)大的通用巖土有限元計(jì)算軟件，已廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜巖土工程項(xiàng)目的有限元分析中。本文以金顓工業(yè)園地下空間基坑開挖工程為例，應(yīng)用PLAXIS 2D有限元分析軟件模擬基坑開挖對(duì)周邊防汛管線設(shè)施的影響，預(yù)測(cè)影響范圍內(nèi)管線設(shè)施的沉降量，并給出該基坑支護(hù)方案施工對(duì)周邊防汛管線設(shè)施的影響評(píng)價(jià)。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目概況

上海顓橋工業(yè)發(fā)展有限公司金顓科創(chuàng)園基地位于上海市閔行區(qū)顓橋鎮(zhèn)，在嘉閔高架路以東，北松公路以北。其總建筑面積36987.1m2，其中地上總建筑面積32793.8m2，地下公共空間部分建筑面積4193.3m2，建筑密度39.4%，容積率2.0，綠地面積3841.8m2，綠化率20.1%，集中綠地率5.6%。該項(xiàng)目地下公共空間共1層，主要由地下機(jī)動(dòng)車庫(kù)和消防水池組成，地下室結(jié)構(gòu)底板頂標(biāo)高-5.75m(項(xiàng)目建成后地坪標(biāo)高以±0.00m計(jì))，壁厚為0.5m，地下室抗震設(shè)防烈度為7度，防水等級(jí)為二級(jí)，地下室基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為樁基礎(chǔ)。

本項(xiàng)目地下工程開挖基坑圍護(hù)采用工法樁(加勁水泥土攪拌樁)結(jié)合鋼支撐，局部深坑采用雙軸攪拌樁進(jìn)行圍護(hù)加強(qiáng)，并采用壓密注漿進(jìn)行封底。

2.2 地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地坐落于上海市閔行區(qū)顓橋鎮(zhèn)。擬建場(chǎng)區(qū)地貌形態(tài)單一，屬濱海平原地貌類型?，F(xiàn)狀地面高程在4.01～4.65m范圍內(nèi)，高差為0.64m。

2.2.1 地下土層情況

根據(jù)詳勘報(bào)告描述，擬建場(chǎng)地地基土在40.0m深度范圍內(nèi)均為第四系沉積物，主要由飽和黏性土、粉性土組成，擬建場(chǎng)地范圍內(nèi)從上至下主要為①-1雜填土、②褐黃—灰黃色粉質(zhì)黏土等六種土層組成。上述土層中①、②、③、④、⑤層土屬全新世Q4沉積物，各層土體主要力學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)

2.2.2 地下水情況

擬建場(chǎng)地淺部土層中地下水類型為孔隙潛水，實(shí)測(cè)地下水穩(wěn)定水位埋深平均為1.00m。承壓水分布深度在地下27.9m及以上，依據(jù)詳勘報(bào)告結(jié)論，基坑開挖6.0m時(shí)，承壓水不會(huì)對(duì)基坑產(chǎn)生不利影響。

2.3 基坑影響范圍內(nèi)防汛設(shè)施狀況

論證范圍為基坑邊緣外側(cè)距離基坑開挖深度4倍的范圍。根據(jù)建設(shè)方提供的周邊環(huán)境圖，本報(bào)告統(tǒng)計(jì)了本項(xiàng)目地下工程鄰近河道及市政管線的基本情況，見表2。

表2 項(xiàng)目周邊防汛設(shè)施匯

續(xù)表

本工程基坑開挖最深處約6.0m，因此采用4倍基坑開挖深度來(lái)判斷基坑周邊的防汛設(shè)施是否在論證范圍。

根據(jù)表2，本項(xiàng)目四倍基坑開挖深度范圍內(nèi)的防汛設(shè)施為北松公路下DN300給水管及中春大廈地塊下DN400雨水管、DN300污水管，并且北松公路下DN800雨水管距離四倍基坑開挖深度范圍較近，也納入本次論證范圍。

3 基坑設(shè)計(jì)方案介紹

根據(jù)基坑開挖深度及周邊環(huán)境條件，本項(xiàng)目基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案擬采用工法樁(土工法)結(jié)合鋼支撐圍護(hù)形式，局部深坑采用雙軸攪拌樁進(jìn)行圍護(hù)，并采用壓密注漿進(jìn)行封底。具體參數(shù)如下：基坑開挖深度約6.00m，圍護(hù)墻采用土工法(12.0m長(zhǎng)H500×300×11×18型鋼和15.0m長(zhǎng)雙軸水泥土攪拌樁φ700@1200，水泥摻量13%，插一跳一)，支撐結(jié)構(gòu)前期采用兩道φ609×16mm鋼支撐，待地下空間底板完工并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第二道鋼支撐。局部深坑采用雙軸攪拌樁(樁長(zhǎng)4.0～6.0m，其余參數(shù)同圍護(hù)樁)進(jìn)行圍護(hù)加強(qiáng)，并采用壓密注漿進(jìn)行封底(見圖1)。

圖1 圍護(hù)典型剖面圖

土方開挖前要進(jìn)行基坑降水，基坑坑內(nèi)采用輕型井點(diǎn)降水方案，具體方案為坑內(nèi)采用真空泵降至坑底或局部落深區(qū)以下1.0m?？油饩S持自然水位。

4 環(huán)境影響數(shù)值模擬分析計(jì)算和結(jié)果

4.1 模型分析與建立

4.1.1 模型分析與建立

a.結(jié)構(gòu)屬性確立。本工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系擬采用“土工法+鋼管支撐”的圍護(hù)設(shè)計(jì)方案，參考《巖土工程數(shù)值分析》，因HS模型應(yīng)用于基坑開挖和隧道施工等地下工程的分析時(shí)具有較好的精度和適用性，本工程涉及的土體采用HS模型。計(jì)算中不同分層土體的重度、黏聚力、摩擦角等參數(shù)由勘察報(bào)告提供，彈性模量在勘察報(bào)告的基礎(chǔ)上根據(jù)大量類似工程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反演得到；加勁水泥土樁采用線彈性地連墻模擬；土體和加勁水泥土樁之間的相互作用，采用彈塑性無(wú)厚度界面單元進(jìn)行模擬。

b.結(jié)構(gòu)參數(shù)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)與鄰近管線相應(yīng)的截面積、重度與慣性矩等幾何參數(shù)均折算到每延米范圍上來(lái)確定。SMW工法樁剛度按等代法折算，為安全計(jì)，未考慮剛度提高系數(shù)α。計(jì)算中考慮臨近道路施工荷載按20kN/m2計(jì)。滲流條件根據(jù)不同開挖深度分別采用潛水位和穩(wěn)態(tài)地下滲流。

c.網(wǎng)格劃分和邊界條件?；佑?jì)算考慮對(duì)稱選取一半剖面建模，采用等三角形十五節(jié)點(diǎn)平面單元模擬土體?；觾?nèi)外計(jì)算寬度各取為50m，計(jì)算深度取地表以下35m。模型中水平向?yàn)閄向，豎直向?yàn)閅向，且對(duì)X邊界施加X向與Y向的位移約束，Y邊界施加X向約束。有限元模型網(wǎng)格見圖2。

圖2 有限元模型網(wǎng)格

4.1.2 模型計(jì)算

選取北松公路方向作為典型剖面，對(duì)計(jì)算剖面簡(jiǎn)化分析，建立平面有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)基坑開挖卸荷作用產(chǎn)生的變形進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。具體依據(jù)基坑施工開挖步驟，結(jié)合PLAXIS軟件自身功能特性進(jìn)行分步模擬及計(jì)算(見表3)。

表3 模型計(jì)算工況和計(jì)算內(nèi)容

4.2 模型計(jì)算結(jié)果

根據(jù)PLAXIS有限元軟件的計(jì)算結(jié)果，本項(xiàng)目基坑工程開挖方案在周邊防汛設(shè)施管線的影響范圍內(nèi)產(chǎn)生的沉降量均小于規(guī)定允許值(10mm)，論證了設(shè)計(jì)方案滿足對(duì)周邊防汛設(shè)施保護(hù)的要求(見圖3～圖7、表4)。

表4 管線設(shè)施位移計(jì)算結(jié)果

圖3 有限元模型網(wǎng)格

圖4 DN300給水管水平向位移

圖5 DN300給水管豎直向位移

圖6 DN800污水管水平向位移

圖7 DN800污水管豎直向位移

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)金顓工業(yè)園地下空間基坑開挖工程實(shí)例，應(yīng)用PLAXIS 2D有限元分析軟件模擬基坑開挖對(duì)周邊防汛管線設(shè)施的影響，預(yù)測(cè)影響范圍內(nèi)管線設(shè)施的沉降量。通過(guò)計(jì)算可知，本工程通過(guò)加勁水泥土圍護(hù)、設(shè)置兩道支撐并利用結(jié)構(gòu)底板換撐、坑前土體加固等措施可有效減少基坑開挖工程對(duì)周邊防汛管線設(shè)施的影響，計(jì)算位移結(jié)果均滿足規(guī)定允許值，該基坑圍護(hù)方案滿足基坑開挖對(duì)周邊防汛管線設(shè)施的保護(hù)要求。因此，本文的相關(guān)研究對(duì)類似工程相關(guān)工作以及利用PLAXIS軟件分析基坑開挖工程對(duì)周邊防汛設(shè)施管線的影響具有一定的參考價(jià)值。