(廣州大學(xué) 廣東 廣州 510000)

引言

開挖對(duì)側(cè)向位移的影響明顯大于降水的影響，降水和基坑開挖都逐漸增大基坑后土體的沉降位移[1]?？拥壮敖邓茱@著減小坑底隆起[2]，南京市地鐵基坑工程懸掛式隔滲帷幕抽水試驗(yàn)的研究結(jié)構(gòu)表明：在隔滲帷幕內(nèi)試驗(yàn)，帷幕繞流阻水效果明顯[3]。為了更準(zhǔn)確模擬不同工況下，滲流場(chǎng)對(duì)基坑開挖中支護(hù)樁變形和基坑隆起的影響，本文利用大型有限元軟件MIDAS/GTS建立在降水和開挖三維有限元模型，運(yùn)行后分析了滲流影響下支護(hù)樁和地基隆起的變形規(guī)律。

一、工程概況

該擬建的建筑物基坑占地面積約為1050m2，平面較為規(guī)則呈長(zhǎng)方形狀，基坑開挖深度為7m，地下水位在地表下2m。采用雙排管樁、單排管樁+內(nèi)支撐支護(hù)，內(nèi)支撐撐采用工字鋼，基坑四周設(shè)置三軸攪拌樁止水帷幕厚度為1.0m，基坑內(nèi)部設(shè)備基坑采用灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)?；悠拭鎴D如圖1所示，基坑剖面第一道支撐中心標(biāo)高在地表下1m，第二道支撐中心標(biāo)高在地表下3m。基坑各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)

二、數(shù)值計(jì)算分析

(一)基坑開挖三維有限元模型。基坑取長(zhǎng)寬高為30m×20m×13m，支護(hù)樁和內(nèi)支撐采用梁?jiǎn)卧Ｐ退拿嫦拗扑椒较蛭灰?，底部限制水平方向和豎直方向位移。土體采用Mohr-Coulomb彈塑性模型，止水帷幕采用彈性模型，土體計(jì)算參數(shù)采用表1數(shù)值。

圖1 基坑剖面圖

(二)基坑開挖施工步驟。生成基坑開挖初始網(wǎng)格、建立初始計(jì)算模型，并在邊界處施加位移約束邊界條件，在初始應(yīng)力及水壓力條件下達(dá)到初始應(yīng)力平衡。

三、結(jié)果分析

通過MIDAS/GTS有限元軟件計(jì)算分析，由于基坑呈對(duì)稱性，取基坑一半位移云圖，基坑在第三次開挖后位移云圖如圖2所示。最終開挖后支護(hù)樁向基坑內(nèi)的側(cè)向變形發(fā)生在地表下6m處，不在基坑底7m處，側(cè)向位移值為31.6mm。開挖后基坑外地表有隆起和沉降，靠近支護(hù)樁一側(cè)有微微隆起，

遠(yuǎn)離支護(hù)樁一側(cè)土體有沉降，同時(shí)基坑底部的對(duì)稱軸上隆起比較明顯，距離支護(hù)樁4.0m處，隆起30.7mm。

圖2 基坑最終變形云圖

基坑施工開挖過程中，第二次抽水開始由于支護(hù)樁的變形大小有差異，這樣就會(huì)產(chǎn)生支護(hù)樁變形差，對(duì)支護(hù)樁極為不利，相對(duì)于第一次降水曲線而言支護(hù)樁的內(nèi)力會(huì)大大增加。支護(hù)樁的最大變形出現(xiàn)在第三次開挖的地面埋深7.0m，變形值為31.6mm。在開挖面深度以上每次工況變形變化波動(dòng)不一致，但總的變化趨勢(shì)是逐漸變大，在開挖面深度一下每次工況變形較為相近，對(duì)土體的逐漸擾動(dòng)，支護(hù)樁的變形也逐漸增加。

不同施工工況下開挖面基坑隆起，從第一次抽水到第三次抽水，基坑底面都是對(duì)稱軸上比靠近支護(hù)樁兩邊隆起要小的多，特別是在第三次抽水的時(shí)候，對(duì)稱中隆起值為11.8mm，但是靠近支護(hù)樁兩邊的隆起為25.3mm，相差了13.5mm。前三次工況中，第一次抽水、第一次開挖以及第二次抽水，對(duì)稱軸處的隆起值較為接近而且也比較小。最后一次開挖和前面5種情況不一致，對(duì)稱軸的隆起較兩邊大，這也符合正常的基坑開挖情況。

分析原因：主要是因?yàn)榛娱_挖和降水是分階段施工，在未開挖到基坑底時(shí)，雖然是在解除初始應(yīng)力，但是開挖深度并不太大，所以對(duì)對(duì)稱軸中的土體釋放的應(yīng)力小隆起的值也較小。但是靠近支護(hù)樁的土體不一樣，從一開始就受到支護(hù)樁和止水帷幕的影響，土體的擾動(dòng)也大，隆起值也大。

四、結(jié)論

利用有限單元法分析滲流情況下不同施工工況過程支護(hù)樁變形和基坑地面隆起的影響，對(duì)模擬值進(jìn)行了分析結(jié)論如下：

(1)利用大型有限元軟件MIDAS/GTS，可以相對(duì)準(zhǔn)確的模擬基坑開挖在降水情況下的支護(hù)樁變形情況和基坑隆起情況。

(2)考慮降水情況下，支護(hù)樁的變形情況，開挖面深度以上每次工況變形變化波動(dòng)不一致，但總的變化趨勢(shì)是逐漸變大。

(3)考慮降水情況下，基坑地面隆起情況，前三次工況中對(duì)稱軸處的隆起值較為接近而且也比較小。最后一次開挖和前面5種情況不一致，對(duì)稱軸的隆起較兩邊大，這也符合正常的基坑開挖情況。