李 軍

(陜西理工學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，陜西 漢中 723001)

1 引言

通過大量的黃土基坑實踐，人們已經(jīng)認識到，在深基坑施工過程中，每個開挖步驟的開挖空間幾何尺寸、圍護墻無支撐暴露面積和時間等施工參數(shù)對基坑變形具有明顯的相關(guān)性。而這恰恰就是基坑的時間、空間效應(yīng)問題。本文以某工程為例，論證了對它的研究有利于深基坑整體穩(wěn)定和坑周地層位移控制問題，從而科學(xué)的、經(jīng)濟合理的安排施工可達到基坑穩(wěn)定和控制變形的要求。

2 工程實例

2.1 陜西某深基坑工程概況。

陜西咸陽某年產(chǎn)60萬噸甲醇項目，基坑?xùn)|西長180m，寬50m，挖深 －12.8m，(局部挖深 17.8m)，屬于深大基坑，基坑側(cè)壁安全等級為一級。該場地地下水位高度約－15.9m，支護結(jié)構(gòu)形式在－12.8m以上采用鋼筋土釘墻支護，－17.8m處卸煤槽以東，南邊及輸煤棧橋的東南面用錨拉護坡樁支護。

2.2 基坑支護設(shè)計參數(shù)。

基坑邊坡采用鋼筋土釘進行支護。鋼筋直徑為?－20，長度分別為 L=9m、11m、6m，傾角為 13°?；邮┕D見圖1。實際上，土工格柵模擬注漿體周圍存在著復(fù)雜的三維應(yīng)力狀態(tài)。盡管二維模型不可能精確地模擬應(yīng)力狀態(tài)汲取與土的相互作用，但是在假設(shè)注漿體相對于土體沒有相對滑動的情況下，可以在總體水平上模擬應(yīng)力分布和結(jié)構(gòu)的變形及穩(wěn)定性。不過，這一模型不能用來估計錨桿的拉力。

圖1 基坑支護施工圖

3 深基坑分步開挖的有限元計算

3.1 幾何模型。

根據(jù)此基坑的實際尺寸以及該基坑的特點，選取深基坑模型的一半為研究對象。并假定模型的水平方向位移為零(左右邊界方向上)，允許在豎直方向上發(fā)生變形，如圖2所示。3.2初始條件。

圖2 幾何模型

由于該工程施工是在降水施工之后，故不考慮孔隙水壓。默認地下水位線為基坑底部。該模型初始應(yīng)力計算由PLAXIS程序計算所得(如圖3)。

圖3 初始應(yīng)力分布圖

4 計算結(jié)果與分析

本過程分11步進行開挖支護。第一步開挖深度為2.0m(如圖4、圖5);第二步在1.4 m深度處設(shè)置土釘以及高壓注漿，并開挖至4.0 m;第三步在2.8 m處設(shè)置土釘以及高壓注漿，并開挖至5.0 m，設(shè)置1.2 m的二級平臺，在4.2 m處設(shè)置土釘以及高壓注漿;第四步開挖至7.0 m并在5.6 m處設(shè)置土釘以及高壓注漿;第七步開挖至8.0 m，并在7.0 m處設(shè)置土釘以及高壓注漿;第八步在8.4 m處設(shè)置土釘以及高壓注漿，并開挖至10.0 m;第九步在9.8 m處設(shè)置土釘以及高壓注漿，并開挖至12.0 m;第十步在11.2 m處設(shè)置土釘以及高壓注漿，并開挖至12.8 m;第十一步在12.6 m處設(shè)置土釘以及高壓注漿(如圖6、圖7)。

由圖中可看出，水平位移最大值發(fā)生在支護結(jié)構(gòu)的頂面，距離開挖面越近，位移越大。而且在一定范圍，位移下部小，上部大。該基坑在開挖中的側(cè)向變形在80mm左右，與軟件計算的變形相同，說明該土釘支護設(shè)計在控制基坑的時間和空間效應(yīng)方面起到了作用，具體來講，有以下幾個方面:

圖4 開挖至－2.0m的水平位移場

圖5 開挖至－2.0m的垂直位移場

圖6 開挖至－12.8m的水平位移場

圖7 開挖至－12.8m的垂直位移場

(1)隨著基坑的不斷開挖，基坑在大小尺寸、土中應(yīng)力等方面不斷的發(fā)生變化，兩者相互影響?；娱_挖改變尺寸、深度，深度加深影響土中應(yīng)力、水平位移的變化。

(2)由于存在時間空間效應(yīng)，基坑的開挖伴隨著坑底土的隆起量的變化，但開挖到一定寬度后，變形量基本不再發(fā)生大的變化，它們之間呈現(xiàn)近似雙曲線的關(guān)系。

(3)隨著基坑的開挖，支護的施工(土釘?shù)闹萌?，土釘參與土中力的作用。它傳遞著土中力并改變土體的受力狀態(tài)，從而推遲土體的開裂。同時使土釘分布域內(nèi)剪應(yīng)力變得相對較小，從而充分發(fā)揮土釘周圍土體自身的承載能力。

(4)由于土釘?shù)闹萌?，使得土體在受到力的作用時，土釘被動受到拉應(yīng)力，從而約束土體，起到加固穩(wěn)定的作用。另外，基坑周圍土體的側(cè)壓力由土釘和土體共同承擔(dān)，進而達到維護穩(wěn)定的作用。

5 結(jié)語

本文選取某黃土基坑作為分析對象，通過模擬基坑的開挖及支護過程，了解基坑時空效應(yīng)在黃土地區(qū)產(chǎn)生的影響，從而在考慮時空效應(yīng)的基坑維護結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中，應(yīng)采取合理有效的措施，科學(xué)、經(jīng)濟的控制好基坑變形。

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