喻振賢，陳玉禾

（1.中國十五冶金建設(shè)有限公司，黃石 435000；2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，武漢 430070）

1 工程概況

WEGAGEN銀行大樓位于埃塞首都亞的斯亞貝巴市中心，是一棟集辦公、購物、餐飲為一體的高層建筑，工程用地面積2 263m2，建筑物占地面積1 900m2?；娱_挖面積約2 265m2，周長約192m，基坑開挖深度為13.07～13.67m。場地周邊最大建筑物為12層住宅樓，基礎(chǔ)與基坑距離較近?；A(chǔ)支護(hù)型式為人工挖孔灌注樁加預(yù)應(yīng)力錨桿，共計134根。

2 埃塞俄比亞銀行大樓深基坑開挖支護(hù)三維數(shù)值模擬

利用大型有限元軟件MIDAS，考慮基坑的空間效應(yīng)，對該工程進(jìn)行3D建模分析，土體的計算范圍在深度方向去基底以下2倍的開挖深度，寬度取開挖深度的2～3倍。對于土體的整個模擬過程采用彈塑大變形理論，破壞準(zhǔn)則為摩爾－庫侖準(zhǔn)則。模型的具體計算范圍為：東西×南北×上下＝90m×110m×30m。模型的坐標(biāo)系采用直角坐標(biāo)系，z軸為鉛直方向，東西向為x軸，南北向為y軸。具體的計算網(wǎng)格模型見圖1。而對于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，首先將支護(hù)樁、冠梁、錨桿利用線單元進(jìn)行代替，經(jīng)過交叉分割，分別按照能使模型耦合的要求進(jìn)行線映射網(wǎng)格，并賦予特性屬性。將賦予屬性的網(wǎng)格進(jìn)行移動和復(fù)制，模擬出冠梁，圍囹，支柱樁和錨桿模型中樁與土的模量相差很大，在兩者界面上常伴隨較大的剪應(yīng)力，在樁與土之間應(yīng)設(shè)置接觸面單元［1－3］。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的模型見圖2。

3 模擬結(jié)果與分析

該工程在基坑邊坡有較高荷載處設(shè)置8層錨桿，其余部位均為4層錨桿，按照實際施工工序以及運用合理的簡化，將施工階段分為6個施工工序，通過對土體單元以及結(jié)構(gòu)支護(hù)單元進(jìn)行添加或刪減來模擬開挖和支護(hù)，并選取關(guān)鍵監(jiān)測點處實際監(jiān)測數(shù)值與數(shù)值模擬數(shù)值結(jié)果進(jìn)行比較。具體開挖深度見表1，實際監(jiān)測值見表2，表3。

表1 各施工工序?qū)?yīng)的開挖深度

表2 實測監(jiān)測點側(cè)向位移

表3 數(shù)值模擬測點側(cè)向位移

3.1 基坑開挖完成后側(cè)向變形

通過對深基坑開挖的整體研究，了解基坑工程一個總體變化狀況，對開挖完成后的深基坑進(jìn)行數(shù)值模擬，側(cè)向變形如圖3，圖4所示。

圖3和圖4合起來體現(xiàn)出了在數(shù)值模擬分析中，深基坑工程邊坡位移以及深層土體的側(cè)向位移規(guī)律。經(jīng)過分析得出以下結(jié)論：1）在基坑表面，基坑的邊坡位移量沿著邊坡線有所變化，總體趨于一個穩(wěn)定值；2）坑壁頂部的側(cè)向位移大于坑壁底部，邊坡位移在側(cè)向位移中并不是最大，最大位移量出現(xiàn)在頂部以下的4～9m位置，而靠近基底的位移會逐漸減小。

對表2、表3以及圖5、圖6進(jìn)行分析，通過將實際工程與有限元模型分析對比可以得出以下結(jié)論：

1）實際監(jiān)測數(shù)據(jù)側(cè)向位移平均值為10.31mm，數(shù)值模擬分析側(cè)向位移平均值為17mm，雖有所差距，但是符合實際需求。

2）實際工程監(jiān)測點測量數(shù)值與數(shù)值模擬分析數(shù)據(jù)有所差別，這可能與監(jiān)測誤差以及建模分析時模型簡化有關(guān)。但是實際的總體趨勢大致相同，都是隨著施工的進(jìn)行而逐步增大位移，在這方面兩種方法具有非常高的吻合度。

3.2 基坑開挖完成后豎向變形

基坑豎向變形模擬如圖7所示。

圖7為整個基坑在z方向的位移，即基坑土體的沉降量圖。從圖7中得出以下結(jié)論：1）基坑開挖引起的沉降影響寬度為6.5m左右，并且基坑邊坡的沉降量的最大值并不會出現(xiàn)在邊緣線上，而是在離基坑距離1.3～3m處取得最大值；2）在基坑坑壁頂面，支護(hù)樁附近的土體基本沒有沉降，這說明在基坑工程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)能夠限制基坑外土體的沉降量隨著到基坑側(cè)壁距離的增大而逐漸增大，且中部沉降量大于基坑邊角處的沉降量。

對表4、表5及圖8、圖9進(jìn)行分析，可以從實際監(jiān)測數(shù)據(jù)與有限元模擬結(jié)果對比后得出以下結(jié)論：

表4 實測監(jiān)測點坡頂沉降

表5 數(shù)值模擬測點坡頂沉降

1）實際監(jiān)測測點的沉降平均值為27.24mm，數(shù)值模擬分析值沉降值為45.98mm，這兩者之間的差距可能是由于實際的監(jiān)測誤差或模型簡化所產(chǎn)生的差距。

2）實際監(jiān)測數(shù)據(jù)沉降量與有限元軟件分析結(jié)果相比數(shù)據(jù)較為分散，但是在開挖過程中隨各個施工工序的進(jìn)行監(jiān)測值逐步增長，并且增長的比例大致相同。說明基坑的沉降與基坑的開挖深度成比例上升。

4 結(jié) 語

通過用Midas模擬基坑的應(yīng)力和位移隨施工工況的變化，更全面和真實地反映了基坑位移和錨桿受力的真實情況。通過對埃塞俄比亞銀行進(jìn)行逐層開挖整體模擬后，可以看到基坑的邊坡位移以及邊坡沉降在開挖深度的0.3%～0.5%之內(nèi)，基坑的變形處于安全范圍之內(nèi)。說明此無水平支撐的樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案可行。

［1］ 李明瑛，曾 朋.基于MIDAS深基坑樁錨支護(hù)數(shù)值模擬分析［J］.水土保持研究，2012，19（1）：250－253.

［2］ 李云安.深基坑工程變形控制優(yōu)化設(shè)計及其有限元數(shù)值模擬系統(tǒng)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2001，20（3）：421－423.

［3］ 孫 凱，許振剛，劉庭金，等.深基坑的施工監(jiān)測及其數(shù)值模擬分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2004，23（2）：293－298.

［4］ 曾 榕.基于FLAC3D的基坑支護(hù)開挖過程數(shù)值模擬［J］.山西建筑，2008，34：116－117.

［5］ 李 濤，馬文援，胡 琦.一種考慮受力變形相關(guān)的基坑水平支撐計算方法［J］.浙江建筑，2010，27（9）：24－29.