趙 歆 劉彥坡 趙俊妍 郭 旺,2

(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300392; 2.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092)

隨著地鐵建設(shè)中在建地鐵附近距離較近的建筑物風(fēng)險(xiǎn)源越來(lái)越多，地鐵基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近建構(gòu)筑物的影響也愈發(fā)受到重視。但是從現(xiàn)行研究角度來(lái)講以分析基坑開(kāi)挖階段對(duì)鄰近建筑物影響較多，對(duì)地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工成槽階段對(duì)建構(gòu)筑物影響分析較少。根據(jù)天津近幾年的地鐵基坑施工經(jīng)驗(yàn)，地連墻成槽過(guò)程中，周邊地表沉降最大值接近10 mm，由此可見(jiàn)地連墻成槽施工對(duì)周邊影響不可忽視。劉鳳洲等[1]針對(duì)天津地鐵某車(chē)站深基坑三軸高壓旋噴樁與地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工對(duì)鄰近歷史保護(hù)建筑影響的沉降監(jiān)測(cè)工作，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中地連墻成槽和基坑開(kāi)挖對(duì)建筑物沉降影響的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，分析發(fā)現(xiàn)地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)成槽澆筑施工占到基坑施工期間全部沉降量的39%～65%。丁勇春等[2]通過(guò)對(duì)地下連續(xù)墻成槽開(kāi)挖及混凝土澆筑施工的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,分別討論了槽段分段開(kāi)挖、泥漿持荷時(shí)間、泥漿壓力及混凝土澆筑對(duì)槽段周?chē)馏w側(cè)移和地表沉降的影響，其結(jié)果表明:地下連續(xù)墻開(kāi)挖會(huì)引起周?chē)貙油馏w側(cè)移(向連續(xù)墻內(nèi)側(cè))和地表沉降。本文采用有限元方法對(duì)某在建地鐵車(chē)站基坑地連墻成槽施工對(duì)鄰近建筑物影響進(jìn)行分析，并與建筑物和地連墻之間施作隔離樁的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并分析不同位置處隔離樁對(duì)建筑物的影響，分析建筑物沉降形式，判斷建筑物的安全性。

1 地連墻成槽施工數(shù)值模擬

天津某車(chē)站大里程盾構(gòu)井處基坑開(kāi)挖深度19.218 m，地連墻長(zhǎng)度41.5 m，地連墻為800 mm厚度、C35 P8水下混凝土，采用5道撐+2道換撐的方式，盾構(gòu)井基坑?xùn)|北側(cè)有6層磚混住宅小區(qū)，基礎(chǔ)埋深1.6 m，采用淺基礎(chǔ)，最近處距大里程盾構(gòu)井基坑約17.7 m。采用二維有限元軟件PLAXIS進(jìn)行模擬，有限元邊界為固定邊界，有限元寬度深度大于3倍開(kāi)挖深度。為了考慮軟土剪切硬化、壓縮硬化、加卸載、小應(yīng)變等方面力學(xué)因素，采用HSS土體本構(gòu)模型。各土層參數(shù)見(jiàn)表1。模擬步驟采用地應(yīng)力平衡→建筑物生成→成槽開(kāi)挖與泥漿護(hù)壁→混凝土灌注→混凝土硬化。

其中泥漿護(hù)壁采用槽壁施加分布荷載的方式施加，泥漿壓力分布規(guī)律為：

Fmud=γsz。

其中，γs為泥漿重度，取12 kN/m3；z為槽壁深度。

混凝土灌注采用修改槽段開(kāi)挖區(qū)域單元表面線荷載的方式模擬流態(tài)混凝土壓力并進(jìn)行計(jì)算，混凝土壓力滿(mǎn)足雙線分布規(guī)律：

其中，σh為混凝土澆筑壓力；z為成槽深度；hcrit為臨界深度，一般取槽深的20%～30%(hcrit=10 m)；γc為流態(tài)混凝土重度(γc=24 kN/m3)；γs為泥漿重度(γs=12 kN/m3)。混凝土硬化采用將槽內(nèi)土體賦予C35混凝土材料參數(shù)。

2 地連墻成槽施工數(shù)值結(jié)果

表1 土體物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)

地連墻開(kāi)挖成槽和泥漿護(hù)壁工況下豎向位移見(jiàn)圖1。

該工況下基坑范圍外地表沉降最大值為14.82 mm(見(jiàn)圖2)。建筑物基底沉降最大值15.89 mm(見(jiàn)圖3)、建筑物差異沉降值最大為4 mm。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，二級(jí)基坑地表最大沉降量控制值為38.4 mm，而地連墻成槽所造成的地表沉降已達(dá)到控制值的39%，該數(shù)據(jù)較大，因此需對(duì)成槽對(duì)地表沉降的影響進(jìn)行控制。本站由于建筑物距離車(chē)站1倍基坑范圍內(nèi)，因此采用在建筑物和地連墻之間施作隔離樁的方法進(jìn)行控制。

3 建筑物外側(cè)施加隔離樁后地連墻成槽施工數(shù)值模擬及結(jié)果

隔離樁采用φ850@600的水泥土攪拌樁，施作位置位于建筑物外側(cè)1 m處，樁長(zhǎng)25 m，采用彈性板單元進(jìn)行模擬，泊松比為0.2，彈性模量300 MPa。地連墻開(kāi)挖成槽和泥漿護(hù)壁工況下豎向位移見(jiàn)圖4。

該工況下基坑范圍外地表沉降最大值為12.6 mm(見(jiàn)圖5)。建筑物基底沉降最大值9.7 mm(見(jiàn)圖6)、建筑物差異沉降值最大為1 mm。建筑物沉降由未設(shè)置隔離樁的馬鞍形變?yōu)樾本€型。說(shuō)明采用隔離樁對(duì)建筑物的沉降和差異沉降控制較好。由于坑外地表沉降受到建筑物自重影響較大，因此隔離樁對(duì)地表沉降的控制無(wú)顯著效果。

4 隔離樁位于地連墻側(cè)時(shí)成槽施工數(shù)值模擬及結(jié)果對(duì)比

將隔離樁移動(dòng)至距離地連墻側(cè)1 m處(靠近地連墻位置處)，其他條件不變。該工況下基坑范圍外地表沉降最大值為14.75 mm。建筑物基底沉降最大值12.41 mm(見(jiàn)圖7)、建筑物差異沉降值最大為1.3 mm。建筑物沉降為斜線型。說(shuō)明采用在不同位置處的隔離樁對(duì)建筑物的沉降和差異沉降控制均較好，采用隔離樁對(duì)于建筑物安全性較為有利，可以較好的保證建筑物的安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

1)在軟土地區(qū)中，地連墻成槽開(kāi)挖對(duì)坑外地表沉降和周邊建筑物的變形會(huì)產(chǎn)生不可忽視的影響，當(dāng)建筑物距離基坑較近時(shí)，應(yīng)采取措施對(duì)其建筑物沉降加以控制。2)施作隔離樁可有效減小周邊建筑物的整體沉降和不均勻沉降，且沉降槽形狀由未加隔離樁的馬鞍形變成斜線型。但施作隔離樁對(duì)坑外地表沉降控制較差。3)隔離樁靠近建筑物比靠近地連墻時(shí)對(duì)建筑物的整體沉降和不均勻沉降的控制更好。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，施工時(shí)將隔離樁按靠近建筑物施作考慮。