深基坑分區(qū)開(kāi)挖影響的數(shù)值分析.pdf

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1、張頌?zāi)系龋荷罨臃謪^(qū)開(kāi)挖影響的數(shù)值分析113深基坑分區(qū)開(kāi)挖影響的數(shù)值分析張頌?zāi)希钕髟?上海巖士工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司。上海200070)【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地鐵開(kāi)始成為城市不可或缺的交通工具；地鐵車(chē)站周邊亦逐漸成為地產(chǎn)開(kāi)發(fā)的黃金區(qū)域，越來(lái)越多的基坑鄰近地鐵車(chē)站開(kāi)挖，顯然基坑開(kāi)挖必然對(duì)地鐵車(chē)站基坑結(jié)構(gòu)、地鐵運(yùn)營(yíng)構(gòu)成一定程度的安全隱患。本文結(jié)合某工程實(shí)例，采用有限元計(jì)算模擬，對(duì)比分析基坑分區(qū)開(kāi)挖與否對(duì)基坑周邊及鄰近地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)影響的比較，結(jié)果表明分區(qū)開(kāi)挖對(duì)基坑周邊環(huán)境的影響明顯低于整體開(kāi)挖情況，同時(shí)對(duì)類(lèi)似工

2、程提供一定參考?！娟P(guān)鍵詞l基坑；分區(qū)開(kāi)挖；地鐵；數(shù)值模擬【中圖分類(lèi)號(hào)】TU473．2【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1001—6864(2012)12一O113—03目前基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近地鐵車(chē)站的安全風(fēng)險(xiǎn)性分鐵沿線基坑安全保護(hù)規(guī)定，地鐵結(jié)構(gòu)的最終絕對(duì)沉析的研究取得了一定的研究成果；劉國(guó)彬等u指出采降、隆起量及水平位移量均須小于lOmm，施工引起的用坑內(nèi)加固措施以及考慮基坑工程時(shí)空效應(yīng)的施工地鐵結(jié)構(gòu)變形速率須小于0．5mm／d，且不得影響其安方法，可有效地控制基坑周邊環(huán)境的變形。姚燕明全正常使用j。故本基坑工程采用分塊設(shè)計(jì)與

3、施工等采用彈性地基上的板殼有限元分析地鐵平行換的理念，確保基坑開(kāi)挖過(guò)程中地鐵車(chē)站的安全。乘車(chē)站深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，坑底土體加固的深度、加根據(jù)進(jìn)度要求，酒店區(qū)域?yàn)?0F的辦公樓，單獨(dú)劃固的密度、加固的程度對(duì)基坑邊形的影響。高盟等分一個(gè)區(qū)域，商業(yè)區(qū)域?yàn)?～4層商業(yè)樓，沿地鐵一側(cè)指出在車(chē)站開(kāi)挖側(cè)設(shè)置托換樁、旋噴樁及攪拌樁加固長(zhǎng)達(dá)130m，鄰地鐵車(chē)站一側(cè)20m范圍以內(nèi)劃分一區(qū)，和分區(qū)開(kāi)挖是控制車(chē)站變形的有效措施。待以上兩區(qū)地下結(jié)構(gòu)施工完畢后，再進(jìn)行剩余基坑的本文結(jié)合工程實(shí)例，采用有限元數(shù)值模擬，對(duì)比開(kāi)挖，從而有效降低基坑開(kāi)挖對(duì)

4、地鐵車(chē)站的影響。分析分區(qū)開(kāi)挖與整體開(kāi)挖的影響，主要討論兩種工況2．2擋土體系下基坑開(kāi)挖對(duì)圍護(hù)墻水平位移、地表沉降、地鐵車(chē)站酒店區(qū)域以及鄰地鐵車(chē)站的商業(yè)區(qū)域均采用墻體的水平位移的影響，期望對(duì)類(lèi)似工程圍護(hù)設(shè)計(jì)與800ram厚地下連續(xù)墻進(jìn)行擋土，樁端人土深度27m，施工提供一定參考。沿地鐵保護(hù)側(cè)地下連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)均設(shè)置850三軸攪1工程概況拌樁進(jìn)行槽壁加固；商業(yè)遠(yuǎn)離地鐵車(chē)站區(qū)域采用4：050本工程位于上海浦東新區(qū)，基坑開(kāi)挖面積約@1150鉆孔灌注樁進(jìn)行擋土，樁端入土深度為25m，25O0ornz，基坑開(kāi)挖深度11．2m，設(shè)置

5、地下車(chē)庫(kù)兩層?；踊炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30(水下混凝土提高一級(jí))。北側(cè)為已運(yùn)營(yíng)地鐵車(chē)站，車(chē)站埋深約15m，本基坑地下室2．3內(nèi)支撐體系邊線距離車(chē)站14~20m不等，平面關(guān)系如圖1所示。A區(qū)、c區(qū)采用三道鋼筋混凝土水平支撐，支撐布置為對(duì)撐+邊桁架的型式，B區(qū)采用一道鋼筋混凝土水平支撐+兩道應(yīng)力自動(dòng)補(bǔ)償鋼支撐體系，支撐布置型式為對(duì)撐，如圖2所示。圖l基坑與車(chē)站關(guān)系平面圖2基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案2．1總體方案設(shè)計(jì)圖2內(nèi)支撐布置示意圖本工程開(kāi)挖面積達(dá)25000m，基坑一次性開(kāi)挖對(duì)已建地鐵車(chē)站正常運(yùn)營(yíng)有較大影響。根據(jù)上海市地3有限

6、元分析l14低溫建筑技術(shù)2012年第l2期(總第174期)為了重點(diǎn)考慮基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近地鐵車(chē)站的影響，開(kāi)挖C區(qū)。按最不利情況地鐵距基坑邊最近14．0m在建立數(shù)值模型時(shí)作了如下簡(jiǎn)化和假定：①由于開(kāi)挖進(jìn)行計(jì)算，基坑模型尺寸詳情見(jiàn)圖3所示。采用四邊面積過(guò)大，考慮數(shù)值計(jì)算硬件設(shè)施的局限性，對(duì)模型形單元模擬土體，梁?jiǎn)卧M地連墻、車(chē)站樓板、墻進(jìn)行簡(jiǎn)化，選取剖面進(jìn)行二維基坑開(kāi)挖模擬；②假定體、樁、圍檁和內(nèi)支撐。土層具有均質(zhì)、各向同性的性質(zhì)；③對(duì)于每一個(gè)基坑3．2施工工況的模擬開(kāi)挖區(qū)間，假定為一次性分層開(kāi)挖，不考慮實(shí)際開(kāi)挖在施工階段

7、，首先開(kāi)挖A區(qū)，當(dāng)開(kāi)挖到第一道支過(guò)程中開(kāi)挖的空間性；④模擬中不考慮時(shí)間效應(yīng)。撐標(biāo)高處，進(jìn)行圍檁、第一道支撐澆筑，然后開(kāi)挖到第二道支撐標(biāo)高處，再進(jìn)行圍檁、第二道支撐澆筑，以此原則直至開(kāi)挖到設(shè)計(jì)深度，然后進(jìn)行A區(qū)底板澆筑和地下結(jié)構(gòu)施工，地下結(jié)構(gòu)施工出地上一層底板后方進(jìn)行C區(qū)基坑開(kāi)挖，C區(qū)分四次土層開(kāi)挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高。3．3參數(shù)選取圖3模型示意圖根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，鋼管支撐彈性模量E取200GPa，混凝土彈性模量E取30GPa，截面積、慣性矩取實(shí)際尺3．1模型的建立寸數(shù)據(jù)。本次數(shù)值模擬采用適用于基坑開(kāi)挖卸載情基坑開(kāi)挖依照圍護(hù)方案分A

8、、C兩塊開(kāi)挖，當(dāng)A區(qū)況的硬化土模型(Hardening—Soil模型)，并參考文獻(xiàn)開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高并底板澆筑和地下結(jié)構(gòu)施工完畢后再[5]，土體具體力學(xué)指標(biāo)如表1所示。表1土性物理力學(xué)指標(biāo)4有限元結(jié)果分析明顯偏低，本分析模型中整體開(kāi)挖工況平均位移大于對(duì)本工程進(jìn)行分區(qū)開(kāi)挖和整體開(kāi)挖有限元數(shù)值30．0mm的土體達(dá)到33．2％以上的比例，而分區(qū)開(kāi)挖模擬對(duì)