基坑寬度效應(yīng)對坑底隆起的影響研究

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1、180科技研究城市道橋與防洪2011年4月第4期基坑寬度效應(yīng)對坑底隆起的影響研究吳傳波(宏潤建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，上海200235)摘要：該文通過不同寬深比基坑坑底隆起的數(shù)值模擬，分析了基坑寬度效應(yīng)對坑底隆起的影響。研究揭示了不同寬深比基坑坑底隆起變形的規(guī)律，表明隨著基坑寬深比的不斷增加，坑底最大隆起量不斷增大。結(jié)合上海東西通道上跨地鐵二號線的工程實(shí)例分析，指出對環(huán)境保護(hù)要求極高的寬大基坑，可通過將大基坑劃分為小基坑的方式有效地控制坑底隆起。關(guān)鍵詞：基坑工程；寬度效應(yīng)；坑底隆起中圖分類號：TU753文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009—7716(2011)04—01

2、80—030引言城市基坑工程對變形控制要求越來越嚴(yán)格，以強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)為主的方式逐漸被以變形控制設(shè)計(jì)為主的方式所取代?。坑底隆起是垂直卸載而改變坑底土體原始應(yīng)力狀態(tài)的反應(yīng)，基坑開挖的直接表現(xiàn)是土體隆起I。對坑底隆起變形的估算通常直接建立與基坑開挖深度間的關(guān)系[3,4,51，而缺乏對基坑寬度影響的詳細(xì)分析。本文采用Plaxis有限元分析程序f6]，分析基坑寬度效應(yīng)對坑底隆起的影響規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)例，分析大尺度基坑坑底隆起的控制方法。1基坑寬度效應(yīng)對坑底隆起影響的數(shù)值模擬圖1基坑幾何模型(單位：m)1．1分析方法及工況采用Plaxis有限元程序分析不同寬深

3、比基坑(寬深比B／H分別取為0．5、1．0、2．0、3．0、5．0、10．0)對坑底隆起的影響。1．2有限元分析模型1．2．1幾何模型基坑開挖深度H=8．0m，人土深度D=8．0m，圖2基坑有限元模型示意圖基坑寬深比B／H=0．5(B=4．0m)、1．0(B=8．0m)、1．2．2參數(shù)選取2．0(B=16．0m)、3．0(B=24．0m)、5．0(B=40．0m)、土體采用摩爾一庫侖材料模型，計(jì)算分析時(shí)10．0(B=80m)?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)采用400mm厚地設(shè)兩層土層，地面至開挖面以下4．0m為粘土層，下連續(xù)墻，設(shè)置兩道支撐，第一道支撐為地面以下開挖面以下4．0m

4、至模型底為砂土層，樁底插入1．0m，第二道支撐為地面以下5．0m。．左右邊緣距砂土層以下4．0m。土層參數(shù)見表1所列。相應(yīng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)凈距離為80．0m(IOH)，下邊緣距支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)：EA=1．2×10kN／m，1．5×離圍護(hù)結(jié)構(gòu)底為44．0m。在計(jì)算域邊界設(shè)置豎向10kN／m，P=0．2?；瑒?dòng)約束，底部設(shè)置完全固定約束?；訋缀文Ｐ蛢?nèi)支撐參數(shù)：EA=6．0×10kN／m，支撐水平間距及有限元模型見圖l、圖2所示。4．0m，支撐長度8．0m。由于分析主要側(cè)重基坑卸荷對周邊環(huán)境的影收稿日期：2011-02—21作者簡介：吳傳波(1978一)，上海人，碩士，工程師，從

5、事地下響，因此，在本構(gòu)模型選擇Mohr—Coulomb的前提結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究工作。下，對土體的彈性模量取常規(guī)壓縮模量的3—6倍。uv耐裂螺加m∞如舯加∞2011年4月第4期城市道橋與防洪科技研加究m∞∞跚181加∞表1土層參數(shù)表底中心點(diǎn)隆起量增加，最大隆起量發(fā)生在基底中心，此時(shí)基坑卸載引起的坑底回彈起控制作用。由圖4可知，隨著基坑寬度的不斷增加，坑底最大隆起量不斷地增大。土體的回彈變形帶動(dòng)坑外地表土體的隆起變形，基坑寬度越大，地表的隆起變形越大，隆起變形的影響范圍也越大。值得注意的是，在離坑邊距離超過約25m(3H)后，不同開挖寬度基坑周邊土體的隆起量趨于相同。

6、由此可見，即便對于開挖范圍很大的基對不同寬度基坑進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，僅基坑寬坑，其監(jiān)測區(qū)域取3H一般可滿足環(huán)境保護(hù)要求。度變化，其他參數(shù)均保持不變，包括支撐剛度。2工程實(shí)例分析1．3數(shù)值模擬結(jié)果與分析(見圖3、圖4)2．1工程概況上海東西通道工程為雙向4車道，在小陸家嘴區(qū)域與地鐵二號線區(qū)間隧道呈30。立體斜交，底板底與區(qū)間隧道間凈距約4．0／TI，兩區(qū)間隧道凈距約36．0m。該區(qū)段基坑寬約27．0m，基坑開挖深度10．0～11．0m。見圖5、圖6所示。圖3基坑坑底隆起變形圖量{球圖5東西通道上穿地鐵二號線區(qū)間平面圖世2345678910基坑寬度與深度比值WH基坑坑底

7、最大隆起量曲線圖圖3給出了不同基坑寬度時(shí)坑底的隆起變形，當(dāng)基坑寬度較小(13=4ITI、8Il1)時(shí)，基底隆起呈饅頭形狀，基坑中心點(diǎn)隆起量最大，此時(shí)基坑隆起主要由支擋結(jié)構(gòu)的入土深度部分向基坑內(nèi)變形而形成，且基坑兩側(cè)支擋結(jié)構(gòu)的人土深度部分向基圖6東西通道穿越二號線區(qū)間隧道剖面圖坑內(nèi)的變形相疊加，從而形成饅頭形狀；當(dāng)基坑寬度逐漸增大(B=16m、24m)時(shí)，基底隆起呈雙峰2．2圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案形狀，基底中心點(diǎn)隆起量較小，在位于坑壁一定距由上述數(shù)值模擬研究可見，基坑越寬坑底隆離處基坑隆起量較大，此時(shí)基坑隆起主要由支擋起量越大。為減小基坑開挖過程中坑底的隆起量及結(jié)構(gòu)的入土深

8、度部分向基坑內(nèi)變形而形成