商 大 勇

(中國(guó)鐵建投資集團(tuán)有限公司，廣東 珠海 519000)

我國(guó)城市化步伐的加快促進(jìn)了地鐵交通、城市建設(shè)等基礎(chǔ)設(shè)施的迅速發(fā)展，各種類型的基坑工程應(yīng)運(yùn)而生.對(duì)于地鐵換乘車(chē)站基坑工程的設(shè)計(jì)和施工而言，面臨著周邊各種建筑物和構(gòu)筑物遍布、水電氣及各種通信管線密布、線路交叉帶來(lái)形狀不規(guī)則、開(kāi)挖深度大和面積大等問(wèn)題.基坑工程受周?chē)h(huán)境影響大，具有明顯的空間效應(yīng)，而坑角效應(yīng)是基坑空間效應(yīng)的一種重要體現(xiàn)形式[1-2].陽(yáng)角部位增多的開(kāi)挖臨空面削弱了土體受到的約束作用，導(dǎo)致該部位易發(fā)生過(guò)大變形，形成連續(xù)坍塌機(jī)制，從而對(duì)基坑穩(wěn)定性和鄰近建筑物的安全構(gòu)成威脅，因此基坑陽(yáng)角部位是變形控制的重點(diǎn)區(qū)域.此外，陽(yáng)角部位也是基坑邊界形狀突變的位置，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，也是基坑受力的不利位置[3].

陽(yáng)角效應(yīng)對(duì)基坑開(kāi)挖時(shí)土體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形響應(yīng)產(chǎn)生顯著影響.在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方面，馬海龍等[4]基于加筋水泥土樁錨支護(hù)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得到基坑陽(yáng)角水平位移最大、坑頂荷載對(duì)水平位移有顯著影響的結(jié)論.阮波等[5]綜合分析了陽(yáng)角效應(yīng)的影響因素，發(fā)現(xiàn)土體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)存在相似的位移空間分布規(guī)律，陽(yáng)角各邊中部變形最大，陽(yáng)角效應(yīng)影響范圍隨著基坑開(kāi)挖深度的增加而增大，施作冠梁會(huì)進(jìn)一步增大陽(yáng)角效應(yīng)影響范圍.王洪德等[6-7]對(duì)土巖組合地區(qū)的陽(yáng)角效應(yīng)進(jìn)行了較系統(tǒng)的分析，總結(jié)為陽(yáng)角尺寸、覆土層厚度對(duì)陽(yáng)角效應(yīng)影響顯著，護(hù)坡結(jié)構(gòu)的厚度和彈性模量均對(duì)陽(yáng)角水平位移的影響有限，陽(yáng)角處水平位移隨錨桿直徑的增大而減小，隨錨桿布設(shè)間距的增大而增大.基坑的開(kāi)挖會(huì)引起土體的分級(jí)卸荷，土體應(yīng)力路徑和應(yīng)力狀態(tài)會(huì)發(fā)生顯著變化[8]，依據(jù)基坑陽(yáng)角變形特點(diǎn)，工程中采取了水泥攪拌樁擋墻[9]、復(fù)合土釘墻[10]、支護(hù)樁+錨索+錨桿[11]、護(hù)壁樁[12]等陽(yáng)角加固技術(shù)增強(qiáng)基坑安全性.在室內(nèi)模型試驗(yàn)方面，賈敏才等[13]研究了小尺度井結(jié)構(gòu)基坑墻后土壓力的空間分布，王曉旋[14]分析了基坑開(kāi)挖過(guò)程中深筒形基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)位移、土壓力和彎矩的漸進(jìn)發(fā)展變化.在理論分析方面，考慮到長(zhǎng)大深基坑理論研究的不足，雷明鋒等[15]引入等代內(nèi)摩擦角，推導(dǎo)了空間效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算公式.歐陽(yáng)喜等[16]基于不同卸荷應(yīng)力路徑提出了基坑擋墻非極限主動(dòng)、被動(dòng)土壓力計(jì)算方法.上述學(xué)者開(kāi)展的一系列研究推進(jìn)了基坑陽(yáng)角變形分析和加固技術(shù)的發(fā)展，但研究對(duì)象多為與陰角相鄰的陽(yáng)角或陽(yáng)角兩邊較長(zhǎng)的情況，而對(duì)于形狀極不規(guī)則、開(kāi)挖深度差異顯著、周邊情況極為復(fù)雜、存在多個(gè)陽(yáng)角和基坑頂部超載大的地鐵換乘車(chē)站基坑陽(yáng)角問(wèn)題的研究目前少有報(bào)道.此外，青島地區(qū)上土下巖的特殊地層組合形式也使得基坑的受力和變形呈現(xiàn)出獨(dú)特規(guī)律.因此，亟需結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)基坑陽(yáng)角效應(yīng)開(kāi)展深入分析研究，為同類型基坑工程的設(shè)計(jì)、施工提供借鑒和參考.

本文作者依托青島地鐵藍(lán)色硅谷線和青島地鐵2號(hào)線苗嶺路換乘車(chē)站基坑工程，對(duì)樁錨支護(hù)體系下陽(yáng)角部位地表沉降及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析得到巖土體和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的沉降和水平位移等時(shí)程變化規(guī)律，依據(jù)基坑地質(zhì)資料建立陽(yáng)角部位三維有限元模型，研究了基坑陽(yáng)角部位土體和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及相應(yīng)加固措施效果.

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

青島地鐵苗嶺路換乘站為地下三層側(cè)式站臺(tái)車(chē)站，是青島地鐵藍(lán)色硅谷線起點(diǎn)站，與青島地鐵2號(hào)線節(jié)點(diǎn)同臺(tái)換乘，見(jiàn)圖1.車(chē)站全長(zhǎng)171.8 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬25.1 m，頂板覆土約3.0 m，基坑深約23.0 m，采用明挖法施工，站前接單洞雙線礦山法區(qū)間，站后設(shè)折返線.地鐵車(chē)站位于上部土層厚約0.8～3.2 m和下部厚約20.0 m左右的強(qiáng)中弱風(fēng)化花崗巖中，為典型的上土下巖組合地層結(jié)構(gòu)形式[17-18].車(chē)站主體基坑南側(cè)分別為已建成的28層青島國(guó)際發(fā)展中心和在建的28層金嶺廣場(chǎng)，車(chē)站基坑距離青島國(guó)際發(fā)展中心筏板基礎(chǔ)僅為8 m，距離金嶺廣場(chǎng)深基坑為8.32 m.基坑北側(cè)分別為已建成的金嶺花園小區(qū)和在建的27層青島財(cái)富金融中心，見(jiàn)圖2.車(chē)站基坑距離金嶺花園小區(qū)淺基礎(chǔ)7.5 m，距離財(cái)富中心深基坑約9.5 m.由此可見(jiàn)，該地鐵車(chē)站基坑屬于狹長(zhǎng)型基坑，基坑兩側(cè)建筑物密集且距基坑距離非常近，施工車(chē)輛運(yùn)輸極不方便，采用橫跨基坑的龍門(mén)吊運(yùn)輸設(shè)備.車(chē)站基坑南北側(cè)縱向管線有燃?xì)夤堋㈦娏軠?、郵電通信管、給水管、雨水管和污水管等，施工前改遷到基坑外側(cè).

基坑陽(yáng)角部位設(shè)置A和D支護(hù)斷面，根據(jù)車(chē)站工程地質(zhì)條件和周?chē)h(huán)境的影響，在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用“鋼管樁+(預(yù)應(yīng)力)錨桿(索)相結(jié)合”支護(hù)方法，并在樁頂設(shè)置冠梁，噴射混凝土并掛鋼筋網(wǎng)保護(hù)坡面等措施以保持巖土體穩(wěn)定.A、D支護(hù)結(jié)構(gòu)相同，此處以A支護(hù)斷面為例進(jìn)行支護(hù)說(shuō)明.A支護(hù)單元陽(yáng)角部位現(xiàn)場(chǎng)施工狀況見(jiàn)圖3，支護(hù)斷面和平面圖分別見(jiàn)圖4和圖5.陽(yáng)角處A單元鋼管樁水平間距為1.0 m，有效長(zhǎng)度9.0 m，考慮到陽(yáng)角影響，設(shè)計(jì)A-1支護(hù)單元鋼管水平間距為0.75 m，A和A-1部位前排樁樁長(zhǎng)14.0 m，后排樁樁長(zhǎng)12.0 m.腰梁設(shè)計(jì)為寬0.25 m，高0.25 m，采用C30鋼筋混凝土.巖石錨桿采用的是HRB400級(jí)鋼筋，鉆孔注水泥漿工藝，鉆孔直徑110 mm，在A單元的有效長(zhǎng)度9.0 m，水平間距2.0 m，A-1單元有效長(zhǎng)度6.5 m，水平間距1.5 m.

1.2 基坑陽(yáng)角部位監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置

為了解本工程整體狀況及陽(yáng)角部位受力變形情況，在基坑陽(yáng)角部位設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，包括樁管線沉降GC、地表沉降DC、建筑物沉降JC、水平位移QW、樁體測(cè)斜CX、維護(hù)結(jié)構(gòu)沉降QC、錨桿內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)ML，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位平面布置見(jiàn)圖6.其中，DC01代表C、D支護(hù)區(qū)域的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，DC02表示A、B支護(hù)區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn).

2 基坑陽(yáng)角部位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 樁體測(cè)斜分析

樁體側(cè)移可用來(lái)表征基坑開(kāi)挖中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，也可作為控制指標(biāo)衡量基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全程度.本工程監(jiān)測(cè)點(diǎn)CX08為距陽(yáng)角較近的測(cè)斜孔，孔深13.0 m.施工期間樁體深層側(cè)移狀況見(jiàn)圖7.其中，2015-05-29第一道冠梁完成，未施作腰梁；2015-08-06腰梁安裝完成，第二排鋼管樁和第二道冠梁尚未完成；2015-12-22第二排鋼管樁和第二道冠梁施工完成；2016-03-01下部腰梁安裝完成；2016-06-26開(kāi)挖至設(shè)計(jì)地面，施作接地網(wǎng)，鋪設(shè)基底墊層混凝土.

基坑開(kāi)挖初期，受到巖體爆破開(kāi)挖的擾動(dòng)，樁體上部和下部側(cè)移產(chǎn)生一定的波動(dòng)現(xiàn)象，并且樁體上部側(cè)移量較大.隨著開(kāi)挖進(jìn)行，圍護(hù)樁周?chē)翂毫Τ霈F(xiàn)不對(duì)稱分布，在樁后主動(dòng)土壓力的作用下圍護(hù)樁產(chǎn)生向坑內(nèi)的變形，表現(xiàn)為樁頂向基坑內(nèi)的側(cè)移值逐漸增大，最終接近11.0 mm，但小于本車(chē)站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移控制值(0.15%H，H值為基坑開(kāi)挖深度23.0 m)，且小于30.0 mm的設(shè)計(jì)限值要求.樁身向基坑外的變形隨深度增加而逐漸減小，樁體側(cè)移值主要存在于距離地表以下3.0～8.0 m位置，這是由于該處為易變形的填土層和強(qiáng)風(fēng)化巖層，距地表8.0 m以下為不易變形的微風(fēng)化花崗巖，變形較小.此外，在樁頂采取冠梁、連梁與土(巖)體連接及施加錨桿等加固措施，也較大程度削弱樁體變形.

2.2 樁頂水平位移分析

樁錨支護(hù)體系中圍護(hù)樁的樁頂水平位移量可以反映樁后地表土體的變形，這里選取具有代表性的基坑兩長(zhǎng)邊中點(diǎn)處水平位移進(jìn)行分析，見(jiàn)圖8.

基坑開(kāi)挖初期，樁頂部位由于冠梁和錨索的約束限制，水平位移呈現(xiàn)小幅波動(dòng)，樁頂向基坑外側(cè)移動(dòng)大約1.0～2.0 mm；隨著施工進(jìn)行，樁體水平位移方向轉(zhuǎn)向坑內(nèi)；基坑施工后期，位移波動(dòng)較大，QW02和QW05測(cè)點(diǎn)最大水平位移均達(dá)到6.0 mm，兩測(cè)點(diǎn)幾乎位于同一開(kāi)挖斷面，因此兩側(cè)點(diǎn)的水平位移隨時(shí)間的變化趨勢(shì)大體一致.這2個(gè)測(cè)點(diǎn)在2016年2月中旬到3月中旬，基坑水平位移變化速率較大，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)正在爆破下部基巖，導(dǎo)致了基坑水平位移進(jìn)一步增大.

2.3 墻頂沉降分析

冠梁、腰梁、錨桿及樁周土體與圍護(hù)樁在空間形成圍護(hù)結(jié)構(gòu)，圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)的墻頂沉降可反映基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向變形和基坑底部的回彈隆起程度.不同點(diǎn)位的圍護(hù)樁產(chǎn)生的不均勻沉降，會(huì)造成樁頂冠梁產(chǎn)生次生彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力，導(dǎo)致冠梁拉裂破壞.施工中測(cè)點(diǎn)QC02、QC03和QC05的豎向變形見(jiàn)圖9.

圖9表明，隨著基坑巖土體開(kāi)挖，圍護(hù)樁墻頂豎向位移出現(xiàn)類似于波浪狀隆起和沉降，最大上浮值為測(cè)點(diǎn)QC05的2.5 mm，最大下沉值為測(cè)點(diǎn)QC03的4.0 mm.這是由于樁周土體開(kāi)始不斷卸荷，樁體豎向沉降量逐漸增加，表示的是土體開(kāi)挖后的沉降狀態(tài).及至開(kāi)挖到微風(fēng)化巖層，由于該地區(qū)花崗巖等巖漿巖形成時(shí)代早，積聚了一定的圍巖應(yīng)力，上部土體卸荷導(dǎo)致圍巖應(yīng)力釋放，從而表現(xiàn)出坑底出現(xiàn)回彈隆起，此時(shí)坑底巖土體受力狀態(tài)傳遞到樁周土層，帶動(dòng)圍護(hù)樁墻輕微上浮.此外，爆破開(kāi)挖也會(huì)引起振動(dòng)增加抬升效應(yīng).挖至基坑底部下伏巖層，雖有微弱波浪式抬升，但主要表現(xiàn)為沉降式.

2.4 地表沉降分析

地表土體的沉降變形受支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移模式的影響而呈現(xiàn)出三角形和凹槽形的分布特點(diǎn)[19].工程中共設(shè)置了88個(gè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，本文選取距離陽(yáng)角部位較近且監(jiān)測(cè)數(shù)值連續(xù)的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)點(diǎn)號(hào)為D支護(hù)區(qū)域的DC01-01、DC01-02、DC01-07、DC01-08點(diǎn)及A支護(hù)單元附近的DC2-31—DC2-38及DC02-26—DC02-30點(diǎn)，地表沉降曲線分別見(jiàn)圖10、圖11和圖12.

D單元4個(gè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)期間達(dá)到的累計(jì)最大值為-8.0 mm(DC-01)，未到警戒值；位于陽(yáng)角附近的DC01-01和DC01-02最終沉降量分別為-1.6 mm和-3.5 mm，沉降值均較小，說(shuō)明D單元陽(yáng)角附近較安全.除DC01-07外，其他3個(gè)測(cè)點(diǎn)在整個(gè)施工過(guò)程中沉降趨勢(shì)較一致，DC01-07在2015年底出現(xiàn)了隆起，但隨后以平穩(wěn)速率沉降，沉降值明顯大于其他3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，原因是由于該處位于基坑中部臨空面附近.

施工完成后DC-31、DC-34和DC-36號(hào)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)土體隆起，DC-32和DC-35號(hào)測(cè)點(diǎn)沉降值較小，DC-33、DC-37和DC-38號(hào)測(cè)點(diǎn)沉降較大，最大沉降值達(dá)到6.0 mm，在沉降較大的3個(gè)測(cè)點(diǎn)中DC-37和DC-38號(hào)測(cè)點(diǎn)均是距陽(yáng)角較近測(cè)點(diǎn)，說(shuō)明陽(yáng)角部位是變形控制的不利位置.

基坑南側(cè)長(zhǎng)邊處的DC02-26和DC02-29號(hào)測(cè)點(diǎn)的沉降值較大，是因?yàn)槠浞謩e位于基坑中部邊線和高層建筑物附近.上述數(shù)據(jù)表明苗嶺路站樁錨支護(hù)單元的地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平穩(wěn)，無(wú)監(jiān)測(cè)預(yù)警，期間變化速率穩(wěn)定，累計(jì)值和變化速率平穩(wěn)無(wú)異常.

3 基坑陽(yáng)角部位三維數(shù)值分析

3.1 模型建立及驗(yàn)證

基于ABAQUS有限元軟件，對(duì)A支護(hù)單元陽(yáng)角部位基坑建立數(shù)值分析模型，基坑坑角由2個(gè)近似135°的陽(yáng)角相鄰，兩陽(yáng)角公共邊取20.5 m，非公共邊各取50.0 m以減弱邊界效應(yīng)對(duì)陽(yáng)角效應(yīng)的影響.根據(jù)工程勘察報(bào)告將土體劃分為兩層，上層為3.0 m厚素填土，下部為微風(fēng)化巖石，采用三維8節(jié)點(diǎn)實(shí)體減縮積分單元(C3D8R)模擬，土體強(qiáng)度遵循Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，土巖材料參數(shù)見(jiàn)表1.鋼管樁和冠梁采用三維實(shí)體單元，接觸面為綁定約束，不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng).腰梁和錨桿分別采用三維實(shí)體單元和三維梁?jiǎn)卧?土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用采用內(nèi)置區(qū)域，將支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入土體中，土體的開(kāi)挖和支護(hù)體系的施作采用單元生死功能實(shí)現(xiàn).考慮到模型計(jì)算效率和計(jì)算精度，設(shè)定網(wǎng)格最小單元為1，網(wǎng)格單位數(shù)為47 331，并對(duì)上部素填土區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密.底部邊界施加完全固定約束，坑內(nèi)側(cè)邊界施加垂直于面的約束.模型僅將上覆附加荷載簡(jiǎn)化為均布荷載(20 kPa)，并未考慮建筑物局部荷載對(duì)基坑穩(wěn)定性的影響.

表1 土巖組合地層材料參數(shù)

樁錨支護(hù)體系下基坑網(wǎng)格劃分及開(kāi)挖后的土體變形見(jiàn)圖13.選取測(cè)斜CX08點(diǎn)位與模型中相近位置的樁體水平位移值進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)圖14.可以發(fā)現(xiàn)：上土下巖地層樁體水平位移的模擬值與實(shí)測(cè)值的位移趨勢(shì)一致，樁頂位移值最大，樁體上部位移較大，下部位移較小，樁底幾乎不發(fā)生位移.樁頂實(shí)測(cè)值和計(jì)算值的差別，可能是因?yàn)樵谀Ｐ椭型馏w為理想均質(zhì)材料，土體之間基于完全線彈塑性的本構(gòu)模型，無(wú)法體現(xiàn)工程中土體分布各向異性的特征和較好地呈現(xiàn)土體荷載變形分布規(guī)律.此外，模型中上覆均布荷載作用不能完全表現(xiàn)出基坑附近復(fù)雜的建筑荷載和交通荷載環(huán)境.

基坑邊水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限，缺乏基坑水平位移的完整測(cè)點(diǎn)，但可發(fā)現(xiàn)陽(yáng)角附近的水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值分析值有相同變化趨勢(shì)，且二者誤差最大僅為1.0 mm，證明數(shù)值計(jì)算結(jié)果較為合理.

表2 基坑水平位移監(jiān)測(cè)值與模擬值對(duì)比

3.2 基坑陽(yáng)角部位穩(wěn)定性分析

1)無(wú)支護(hù)條件下陽(yáng)角部位破壞模式.

為了解基坑陽(yáng)角部位破壞模式，首先分析無(wú)支護(hù)特殊條件下基坑開(kāi)挖對(duì)陽(yáng)角穩(wěn)定性的影響.基坑開(kāi)挖對(duì)土體擾動(dòng)很大，基坑邊土體可能出現(xiàn)過(guò)大變形引起局部坍塌，通過(guò)有限元模擬結(jié)果可以對(duì)土體可能的破壞模式做出判斷，基坑開(kāi)挖完成時(shí)土體的等效位移云圖見(jiàn)圖15.

基坑開(kāi)挖引起的土體變形主要發(fā)生在上覆土層基坑邊一定范圍內(nèi)，2個(gè)陽(yáng)角部位變形最大，最大變形量達(dá)到31.86 mm，大于限值30.0 mm，基坑已經(jīng)發(fā)生破壞.由陽(yáng)角部位土體位移局部放大圖可見(jiàn)，滑裂體在空間上近似于楔形體，這是由于基坑開(kāi)挖使轉(zhuǎn)角部位2個(gè)水平方向的土體產(chǎn)生了卸載，增加了開(kāi)挖臨空面，強(qiáng)烈改變了土體的應(yīng)力路徑和應(yīng)力狀態(tài)，土體發(fā)生張拉破壞，形成破裂楔形體，安全系數(shù)降低.據(jù)此可以得到，在不進(jìn)行支護(hù)的條件下，基坑可能出現(xiàn)的破壞形式為陽(yáng)角部位局部楔形體滑動(dòng)破壞.

2)樁錨支護(hù)條件下陽(yáng)角部位應(yīng)力分布.

樁錨支護(hù)條件下，陽(yáng)角附近土體位移分布見(jiàn)圖13，陽(yáng)角部位由無(wú)支護(hù)時(shí)變形最大轉(zhuǎn)為變形最小，土體大變形集中在兩陽(yáng)角公共邊中部，滑裂面的趨勢(shì)為橢球面.樁錨支護(hù)體系隨基坑變形分布特征產(chǎn)生應(yīng)力分布不均，微型樁在陽(yáng)角局部范圍內(nèi)容易出現(xiàn)應(yīng)力集中.提取距陽(yáng)角不同距離的鋼管樁應(yīng)力隨深度的分布，見(jiàn)圖16.

鋼管樁應(yīng)力分布呈現(xiàn)出明顯的空間分布特點(diǎn)，樁深4.0 m是樁體應(yīng)力沿深度分布的分界點(diǎn).分界點(diǎn)以下樁體應(yīng)力明顯小于上部樁體，受陽(yáng)角效應(yīng)影響較小而樁體應(yīng)力基本相同；分界點(diǎn)以上鋼管樁應(yīng)力隨著與陽(yáng)角距離增加而逐漸減小，樁頂處存在應(yīng)力最大值，距陽(yáng)角水平距離4.0 m時(shí)的樁頂應(yīng)力約為陽(yáng)角處樁頂應(yīng)力的25%.因此在實(shí)際工程中陽(yáng)角部位微型樁可能由于樁上部受到超載過(guò)大，局部發(fā)生彎折剪切破壞.

基坑開(kāi)挖后的腰梁軸力分布見(jiàn)圖17.施作在上覆土層第一排的錨桿軸力明顯大于其他各排錨桿，并在基坑邊緣處存在應(yīng)力集中.當(dāng)?shù)谝慌佩^桿承受的荷載達(dá)到錨固體與土體的極限摩阻力時(shí)，錨桿將會(huì)沿著錨固體與土體結(jié)合處發(fā)生破壞.

3.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)陽(yáng)角變形的影響

在基坑陽(yáng)角支護(hù)結(jié)構(gòu)中，冠梁、腰梁、鋼管樁與錨桿相互聯(lián)系并相互作用.為進(jìn)一步分析陽(yáng)角部位工程措施對(duì)基坑變形的影響，分別探討了冠梁、腰梁和注漿加固對(duì)陽(yáng)角處樁體變形的影響.

1)冠梁對(duì)陽(yáng)角變形的影響.

冠梁將樁基頂部連在一起，可以防止基坑頂部邊緣坍塌.將模型中冠梁去掉，進(jìn)行開(kāi)挖模擬，再與有冠梁時(shí)基坑土體變形情況進(jìn)行比較以獲取冠梁對(duì)陽(yáng)角變形的影響，有無(wú)冠梁兩陽(yáng)角公共邊中部樁體側(cè)移對(duì)比見(jiàn)圖18.兩種工況下樁體側(cè)移最大值均出現(xiàn)在樁頂，施作冠梁對(duì)基坑變形限制作用明顯，施加冠梁情況下樁頂側(cè)移值為5.14 mm，較無(wú)冠梁工況減小17%，這是由于冠梁協(xié)同樁基，增大了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體剛度，約束了土體的側(cè)向變形.此外，依據(jù)鋼管樁應(yīng)力分布(見(jiàn)圖16)可以發(fā)現(xiàn)：陽(yáng)角處冠梁與微型樁連接部位應(yīng)力集中顯著.因此，加強(qiáng)陽(yáng)角部位冠梁和微型樁的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)能顯著提高微型樁的抗側(cè)移能力和工作性能.

2)腰梁對(duì)陽(yáng)角變形的影響.

腰梁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)與錨桿支點(diǎn)力的傳遞介質(zhì)直接影響基坑變形.圖19顯示了有無(wú)第一排腰梁條件下兩陽(yáng)角公共邊中部樁體的側(cè)移.施作第一排腰梁時(shí)樁體側(cè)移最大值出現(xiàn)在樁頂，側(cè)移值為5.14 mm；未施作第一排腰梁時(shí)樁體側(cè)移最大值出現(xiàn)在距樁頂1.0 m處，側(cè)移值為11.90 mm，因此在覆土層的第一排腰梁對(duì)基坑變形限制作用顯著，這是由于腰梁將錨桿對(duì)基坑的單點(diǎn)支撐作用連為整體，增強(qiáng)了基坑的穩(wěn)定性.工程中加固腰梁連接處，同時(shí)加強(qiáng)錨桿端頭與腰梁連接可防止陽(yáng)角處過(guò)大變形.

3)注漿對(duì)陽(yáng)角變形的影響.

通過(guò)增大模型中陽(yáng)角公共邊內(nèi)部2 m區(qū)域內(nèi)土體彈性模量以模擬注漿加固工況，加固后的土體彈性模量為30 MPa.將土體加固前后的基坑變形情況進(jìn)行對(duì)比分析以確定注漿對(duì)陽(yáng)角變形的影響，兩種工況下兩陽(yáng)角公共邊中部樁體側(cè)移對(duì)比分析見(jiàn)圖20.

未進(jìn)行注漿加固時(shí)，樁體側(cè)移在樁頂達(dá)到最大，側(cè)移值為5.2 mm；進(jìn)行注漿加固后，樁體側(cè)移明顯減小，最大側(cè)移值出現(xiàn)在距樁頂1.0 m的位置，側(cè)移值為2.1 mm，這是由于注漿作用使土體的彈性模量增大，相同荷載下土體的變形量相應(yīng)減小，從而有效地增大了基坑的牢固性和穩(wěn)定性.

4 結(jié)論

1)青島地鐵苗嶺路換乘車(chē)站基坑在上土下巖地層條件及周?chē)鷱?fù)雜施工環(huán)境下采用樁錨支護(hù)體系，對(duì)于控制基坑陽(yáng)角部位變形效果明顯，圍護(hù)樁樁體側(cè)移，樁頂水平位移，圍護(hù)樁墻頂沉降及支護(hù)單元的地表沉降等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均處于設(shè)計(jì)限值之內(nèi).

2)無(wú)支護(hù)條件下陽(yáng)角部位出現(xiàn)應(yīng)力集中與過(guò)大變形，發(fā)生楔形體滑動(dòng)破壞；樁錨支護(hù)條件下，兩陽(yáng)角公共邊中部土體變形最大，土體滑裂面為橢球型；微型樁樁體應(yīng)力沿深度分界點(diǎn)為距樁頂4.0 m處，分界點(diǎn)以上鋼管樁應(yīng)力隨遠(yuǎn)離陽(yáng)角而逐漸減??；覆土層第一排的錨桿軸力明顯大于其他各排錨桿，并在基坑邊緣處存在應(yīng)力集中.

3)根據(jù)對(duì)陽(yáng)角部位處理措施的分析，設(shè)計(jì)和施工中優(yōu)化冠梁和排樁的連接處、腰梁連接處節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)錨桿端頭與腰梁的連接，以及在局部區(qū)域的填土進(jìn)行注漿加固等措施會(huì)增強(qiáng)支護(hù)體系的橫向連續(xù)性，能夠提高陽(yáng)角處的抗側(cè)移能力.

致謝:

感謝課題組成員閆家奇、薛邵華、鮑寧對(duì)本文分析提供的幫助.