許小龍 張舵 潘自強(qiáng)

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2311-5042-3083

作者簡介：

許小龍（1983—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)橥聊竟こ?。通信作者：許小龍（1983—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)橥聊竟こ?。E-mail：1181501806@qq.com。

普通作者：張舵（1986—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)橥聊竟こ獭?/p>

潘自強(qiáng)（1985—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)橥聊竟こ獭?/p>

摘 ?要：為研究基坑開挖施工過程中鄰近樁基的力學(xué)特性及變形特征，采用Midas有限元軟件，通過對(duì)不同開挖深度、不同樁徑、與相鄰擋土結(jié)構(gòu)距離不同的深基坑開挖進(jìn)行模擬分析。研究表明，開挖時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形是將影響基坑樁基的水平和豎向承載性的主要原因?；娱_挖深度對(duì)樁基位移有一定影響，樁徑增大或與擋土結(jié)構(gòu)距離增大都會(huì)對(duì)位移和變形產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：深基坑 ?圍護(hù)結(jié)構(gòu) ?力學(xué)性質(zhì) ?數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：TU758.11

隨著改革開放，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，各大城市對(duì)地鐵的需求不斷增長，地鐵的興建大多數(shù)建設(shè)于國內(nèi)的城市中心，導(dǎo)致地面空間資源緊缺，如何開發(fā)利用建筑物地下空間，提高土地資源利用率成為解決該問題的必然選擇。因此大量地下工程相繼建成，但伴隨的基坑施工安全問題也日益增多，基坑開挖引起的工程事故層出不窮。特別是坑內(nèi)既有樁基開挖引起的樁側(cè)水平和垂直位移，不僅影響坑內(nèi)樁基的摩阻力，而且影響樁基礎(chǔ)的受力特性。所以，探討圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變化產(chǎn)生的基坑外混凝土體位移場，對(duì)于確定基坑施工對(duì)坑內(nèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力性狀影響，以及探討基坑施工變形的指標(biāo)等有著非常重大的研究價(jià)值。

目前，已有許多工程案例[1-2]，針對(duì)基坑開挖引起側(cè)向結(jié)構(gòu)位移分析。在實(shí)際施工中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形是衡量整體結(jié)構(gòu)變形最直觀的指標(biāo)，但圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形也會(huì)影響基坑內(nèi)土體和支護(hù)體系的應(yīng)力分布和穩(wěn)定性[3-6]。范怡飛等人[7]通過采用增量有限差分法求解非線性基礎(chǔ)梁的控制方程，相鄰樁體在開挖時(shí)的響應(yīng)結(jié)果與實(shí)測結(jié)果基本一致；楊寶珠等人[8]通過工程實(shí)例采用有限元分析方法對(duì)基坑開挖引起的斜樁豎向承載力進(jìn)行了研究；許莉等人[9]提出由于工程的不確定因素過多，利用反距離加權(quán)插值法確定變形分析。黃展軍等人[10]通過室內(nèi)試驗(yàn)并使用數(shù)值模擬驗(yàn)證，確定出圍護(hù)結(jié)構(gòu)合理的加固范圍。

本文以武漢地鐵12號(hào)線工程為基礎(chǔ)，主要分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移對(duì)坑內(nèi)土體和臨近樁基的沉降程度。以深基坑開挖對(duì)鄰近樁基礎(chǔ)的影響為研究對(duì)象，本研究聚焦于開挖時(shí)導(dǎo)致鄰近樁基礎(chǔ)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)向變形的影響規(guī)律。通過深入分析這些因素的相互作用，旨在為今后類似工程提供有價(jià)值的參考。

工程實(shí)例

本工程是武漢地鐵12號(hào)線，漢鋼站的起止里程為左DK52+677.75～DK52+877.75，車站外包長度為200.00?m，寬度為50.7?m，開挖深度為30.6?m，采用蓋挖逆作法進(jìn)行施工。漢鋼站主要有粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土層等不良地層，車站位于長江Ⅰ級(jí)階地。圍護(hù)結(jié)構(gòu)由1?000?mm的地連墻防水結(jié)構(gòu)和超深鋼管樁定位組成，如圖1所示，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

2 有限元模型

本文利用有限元軟件Midas GTS NX對(duì)基坑開挖過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，由于工程具有對(duì)稱性，為簡便計(jì)算步驟，選取實(shí)際工程的1/4為有限元分析的研究對(duì)象。如圖2所示。

3 ?影響因素分析

3.1?開挖深度的影響分析

為了探究不規(guī)則基坑開挖深度對(duì)臨近樁的變形規(guī)律，故選試驗(yàn)樁Q8。通過有限元分析不同開挖深度，研究樁基側(cè)向變形。具體如圖3所示。

從圖3可以看出，在基坑開挖過程中，開挖深度對(duì)樁基側(cè)向變形規(guī)律趨勢是相似的。隨著開挖深度的增加，樁基會(huì)增大，周圍土體的卸載和隆起反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致樁基發(fā)生線彈性樁基變形。從圖中可以看出，最大偏移量（8mm）出現(xiàn)在開挖5處。

3.2 樁徑的影響分析

樁基礎(chǔ)的變形特性受其樁徑大小的影響，樁徑越大，樁基礎(chǔ)的變形越明顯。不同樁徑對(duì)鄰近樁基的變形規(guī)律不同，選定樁徑為0.6?m、0.8?m、1?m、1.2?m、1.4?m進(jìn)行分析，如圖4所示。

由圖4可知，樁基的側(cè)移與樁徑呈遞進(jìn)關(guān)系，隨著樁徑的繼續(xù)增加，其樁基偏移愈見緩慢。由此可以推斷，在一定范圍內(nèi)，其增長幅度呈衰減趨勢，當(dāng)超過一定限值時(shí)，樁基側(cè)移量提升并不明顯，因此在使用時(shí)要合理選取樁徑。

3.3樁基與圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離影響分析

在基坑開挖施工的工程中，不同的樁基與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的距離是不同的，通過分析不同樁基與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相鄰近的樁基變形特征，分別取離圍護(hù)結(jié)構(gòu)為10 m、15 m、23 m、34 m、50 m進(jìn)行研究分析，如圖5所示。

由圖5可知，樁基與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的距離呈遞進(jìn)關(guān)系，隨著樁基與圍護(hù)結(jié)構(gòu)越遠(yuǎn)，其樁基偏移量愈大。因?yàn)橥馏w會(huì)產(chǎn)生“土拱效應(yīng)”，使得樁基間距選取影響著樁身受力情況，合理的間距可以節(jié)省材料，降低成本。

4?結(jié)論

本文以武漢市地鐵12號(hào)線深基坑開挖工程為例，探討了蓋挖逆作法施工過程中深基坑開挖對(duì)周邊樁基的影響因素，并得出以下結(jié)論。

（1）坑開挖深度是影響鄰近樁基側(cè)向位移的重要因素，樁基礎(chǔ)的側(cè)向位移隨著基坑開挖深度的增加而呈現(xiàn)增加的趨勢。

（2）過對(duì)基坑開挖模擬結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)樁徑的大小對(duì)鄰近樁基的位移變形有影響，樁徑越大，位移變形越大，但是當(dāng)樁徑超過一定范圍時(shí)，位移變化不明顯。

（3）基坑鄰近樁基的側(cè)向位移與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的距離有著呈反比增長的趨勢。但隨著距離的增加，可以推斷出，當(dāng)超過一定范圍，樁基的側(cè)移變化量并不明顯。

通過對(duì)鄰近樁基不同開挖深度、不同樁徑、不同與圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離的深基坑開挖進(jìn)行有限元分析模擬結(jié)果分析可知，開挖深度對(duì)樁基位移具有一定的影響，增大樁徑或增大與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的距離都會(huì)產(chǎn)生位移變形影響，但是具有一定的影響范圍。而這種方法并非適用于所有情況，為了兼顧安全和經(jīng)濟(jì)，我們需要尋找更優(yōu)化的支護(hù)組合方式，以降低工程成本，為同類基坑工程的支護(hù)設(shè)計(jì)提供借鑒。

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