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地下連續(xù)墻支護(hù)深基坑開挖過程模擬分析

2022-05-19 12:55
水利科技與經(jīng)濟(jì) 2022年5期
關(guān)鍵詞:坑底深基坑土體

徐 冉

(安徽三洲水利建設(shè)有限公司,安徽 宿州 234000)

1 概 述

隨著城市的快速發(fā)展,高大建筑層出不窮,深基坑工程應(yīng)運(yùn)而生,深基坑開挖過程中引起的地表沉降、坑底隆起、支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及對(duì)臨近建構(gòu)筑物的影響越快來越受到工程建設(shè)者的關(guān)注。張敬弦[1]等提出了一種基坑豎向彈性地基梁計(jì)算模型。索文斌[2]等提出了一種基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬方法。史世雍[3]等探討了地下連續(xù)墻支護(hù)深基坑槽壁失穩(wěn)機(jī)理。陳江[4]等通過有限元軟件分析某地下連續(xù)墻支護(hù)深基坑,分析結(jié)果表明連續(xù)墻的形式(是否共用)受基坑影響區(qū)別明顯。金亞兵[5]等通過分析得出深基坑內(nèi)支撐軸力和變形受溫差影響明顯。施有志[6]等通過數(shù)值模擬分析某車站深基坑工程得出,建筑物靠基坑越近受其開挖影響越大。鄧旭[7]等通過數(shù)值模擬得出,增強(qiáng)支護(hù)體系剛度能有效減小基坑開挖對(duì)臨近構(gòu)筑物的不利影響??抵拒奫8]等通過深基坑工程實(shí)例分析得出,增大支護(hù)深度能顯著改善地表沉降。蒙國往[9]等通過數(shù)值模擬并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得出,隨基坑開挖,支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移呈增大趨勢(shì)。林之航[10]通過分析上軟下硬的深基坑得出,該類基坑最大側(cè)移位置深度上移。路林海[11]等通過數(shù)值分析得出,支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合可有效減少基坑開挖過程中變形。樓春暉[12]等通過對(duì)實(shí)測(cè)基坑變形數(shù)據(jù)分析得出,基坑邊角對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形有明顯限制作用。本文通過建立有限元模型,以某深基坑工程為例,分析基坑開挖過程中地表沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,以期為深基坑工程設(shè)計(jì)、施工等提供參考。

2 工程概況

某水利工程配套建筑需開挖深基坑,開挖寬度10 m,深度6 m,采用地下連續(xù)墻支護(hù)(厚度0.35 m,高度9 m),施工荷載作用在距基坑2 m以外,按4 kN/m2計(jì)。土層分布為:填土,厚度2 m;2 m以下為黏土??辈炱陂g,穩(wěn)定水位埋深1.6~2.3 m。水質(zhì)分析結(jié)果表明,地下水不具腐蝕性。

3 模型建立

為得到較為精確的結(jié)果,采用15節(jié)點(diǎn)單元,同時(shí)采用板單元模擬地下連續(xù)墻。深基坑模型開挖寬度10 m,深度6 m。依據(jù)基坑的實(shí)際尺寸,為消除邊界影響,取寬度20 m、深度12 m作為計(jì)算模型邊界條件。采用地下連續(xù)墻支護(hù)(厚度0.35 m,高度9 m),彈性模量按30 GPa計(jì)取。土層及地下連續(xù)墻材料參數(shù)參見表1和表2。施工荷載作用在距基坑2 m以外,按4 kN/m2計(jì)。地下水位取2.0 m。模型左右兩側(cè)水平方向位移為零,允許發(fā)生豎向變形,底部為固定邊界(不允許發(fā)生變形)。數(shù)值模型示意圖見圖1。

圖1 數(shù)值模型示意圖

表1 土層材料參數(shù)

表2 地下連續(xù)墻材料參數(shù)

基坑開挖工況模擬:

工況一:平整場(chǎng)地,添加荷載并施工地下連續(xù)墻。

工況二:基坑開挖至-2 m。

工況三:基坑開挖至基底-6 m。

4 數(shù)值模擬分析

通過建立有限元模型,主要分析基坑開挖過程中土體沉降及支護(hù)結(jié)構(gòu)(地下連續(xù)墻)變形。

4.1 基坑土體沉降分析

見圖2。

圖2 土體沉降分布

由圖2(a)可知,由于施工荷載的影響,基坑外側(cè)土體初始沉降主要集于施工荷載作用的淺層區(qū)域,而遠(yuǎn)離基坑區(qū)域(即模型水平邊界區(qū)域)地面呈現(xiàn)隆起;基坑內(nèi)側(cè)土體由于受到地下連續(xù)墻的支護(hù)和約束作用而呈現(xiàn)較小的豎向變形。由圖2(b)和圖2(c)可知,隨著基坑的逐步開挖,地下連續(xù)墻的支護(hù)作用不斷發(fā)揮,施工荷載作用導(dǎo)致的淺層區(qū)域沉降集中和地面隆起的現(xiàn)象不再發(fā)生,反而是基坑底部土體出現(xiàn)向上位移,且位移量不斷增大,挖土卸荷使得坑底土體具有隆起趨勢(shì)。

4.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)(地下連續(xù)墻)水平位移分析

見圖3。

圖3 地下連續(xù)墻水平位移分布

由圖3可知,隨著基坑的開挖,地下連續(xù)墻上位移不斷增加,支護(hù)作用不斷發(fā)揮。各工況下地下連續(xù)墻上最大水平位移分別為0.013、2和26.8 mm,依次處于墻的中部、頂部和頂部。即隨著基坑開挖,地下連續(xù)墻處于懸臂狀態(tài)時(shí),最大位移發(fā)生在墻的頂部。

4.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)(地下連續(xù)墻)豎向位移分析

見圖4。

圖4 地下連續(xù)墻豎向位移分布

由圖4可知,隨著基坑的開挖,地下連續(xù)墻上最大豎向位移分別為0.061、3.08和4.04 mm,最大豎向位移不斷增大,即地下連續(xù)墻存在上拔的趨勢(shì)。但由于上拔量較小,實(shí)際工程設(shè)計(jì)過程中可以忽略。

4.4 土體塑性區(qū)域分析

見圖5。

圖5 塑性區(qū)域分布

由圖5可知,隨著基坑的開挖,塑性區(qū)域逐步向坑底附近移動(dòng)。

5 結(jié) 論

1) 隨著基坑的逐步開挖,地下連續(xù)墻的支護(hù)作用不斷發(fā)揮,施工荷載作用導(dǎo)致的淺層區(qū)域沉降集中和地面隆起的現(xiàn)象不再發(fā)生,反而是基坑底部土體出現(xiàn)向上位移,且位移量不斷增大,挖土卸荷使得坑底土體具有隆起趨勢(shì)。

2) 隨著基坑開挖,地下連續(xù)墻處于懸臂狀態(tài)時(shí),最大位移發(fā)生在墻的頂部。

3) 基坑開挖過程中,地下連續(xù)墻存在上拔的趨勢(shì),但由于上拔量較小,實(shí)際工程設(shè)計(jì)過程中可以忽略。

4) 隨著基坑的開挖,塑性區(qū)域逐步向坑底附近移動(dòng)。

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