嚴(yán)建平

(新疆水發(fā)建設(shè)集團(tuán)有限公司庫(kù)木蘇項(xiàng)目部,新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

基坑工程是巖土工程領(lǐng)域重要與難點(diǎn)工程領(lǐng)域,其設(shè)計(jì)與施工方法的研究一直以來(lái)是工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),伴隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程的持續(xù)加快,以逆作法深基坑為代表的深基坑施工方法不斷發(fā)展,促進(jìn)了基坑工程建設(shè)水平的不斷提高[1-2]。深基坑逆作法施工在降低基坑施工變形和節(jié)約工期等發(fā)揮重要作用,基坑工程中地連墻是重要的施工結(jié)構(gòu),對(duì)維護(hù)逆作法深基坑的工程穩(wěn)定性具有重要意義[3]。

逆作法深基坑中地連墻是重要的支護(hù)結(jié)構(gòu),地連墻支護(hù)參數(shù)對(duì)逆作法深基坑變形和受力特征具有重要影響,因此,研究地連墻支護(hù)參數(shù)對(duì)逆作法深基坑變形具有重要意義。本文以逆作法深基坑中地連墻結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,分析不同逆作法深基坑地連墻支護(hù)參數(shù)對(duì)深基坑變形影響規(guī)律。

1 逆作法深基坑數(shù)值模型

1.1 逆作法深基坑模型

為分析逆作法深基坑地連墻結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)基坑變形的影響特征,通過(guò)建立逆作法深基坑有限元數(shù)值分析模型,研究逆作法深基坑地連墻插入比、地連墻厚度和地連墻剛度等參數(shù)的影響。為消除邊界效應(yīng)的影響,逆作法深基坑數(shù)值模型尺寸為350 m×170 m×55 m,地連墻深度為30 m。逆作法深基坑數(shù)值模型的邊界條件設(shè)置為數(shù)值模型底部限制豎直和水平的位移,模型頂部為自由邊界,逆作法深基坑模型左右兩側(cè)限制水平方向位移,模型前后兩側(cè)限制水平方向位移。逆作法深基坑模型荷載施加僅考慮自重應(yīng)力的影響,模型構(gòu)建后賦予不同地層參數(shù),同時(shí),進(jìn)行模型初始應(yīng)力平衡。

本構(gòu)模型是逆作法深基坑數(shù)值分析的關(guān)鍵,根據(jù)巖土工程材料的特性,逆作法深基坑數(shù)值模型地連墻結(jié)構(gòu)參數(shù)分析選擇采用Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則。逆作法深基坑地層主要包含四層,各個(gè)地層的力學(xué)參數(shù),如表1所示,支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)主要混凝土和鋼支撐材料,混凝土重度為25.0 kN/m3、彈性模量為25.0 GPa和泊松比為0.2,鋼支撐材料重度為78.0 kN/m3、彈性模量為220 GPa和泊松比為0.3。

表1 材料的物理力學(xué)參數(shù)

1.2 逆作法深基坑分析工況

根據(jù)地連墻的主要參數(shù),逆作法深基坑分析工況主要考慮了地連墻插入比、地連墻厚度和地連墻剛度等參數(shù)的影響。逆作法深基坑地連墻插入比主要是考慮地連墻嵌入到開(kāi)挖基坑底部以下的長(zhǎng)度,地連墻插入比定義為嵌入到開(kāi)挖基坑底部以下的長(zhǎng)度與基坑深度的比值,地連墻插入比的取值范圍為0.5～1.2,共設(shè)置0.5、0.6、0.8、1.0和1.2等5種工況。地連墻厚度是逆作法深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要參數(shù),地連墻插入比和地連墻剛度保持一致,地連墻厚度共設(shè)置0.6、0.8、1.0、1.20和1.40 m等5種工況。地連墻剛度對(duì)逆作法深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有重要影響,是影響逆作法深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要因素,地連墻插入比和地連墻厚度保持一致的條件下,地連墻剛度共設(shè)置分別為5.6×109kN/m-2、6.3×109kN/m-2、7.5×109kN/m-2和、8.6×109kN/m-2等4種工況。

2 逆作法深基坑數(shù)值模型

2.1 地連墻插入比結(jié)果

為分析逆作法深基坑地連墻對(duì)基坑結(jié)構(gòu)的變形影響,地連墻插入比的影響重點(diǎn)分析了逆作法深基坑施工導(dǎo)致的地連墻最大水平位移、地表沉降和基坑隆起等變形指標(biāo),根據(jù)逆作法深基坑不同地連墻插入比數(shù)值分析結(jié)果,如表2所示。

表2 不同地連墻插入比變形指標(biāo)

根據(jù)表2不同地連墻插入比變形指標(biāo)結(jié)果,當(dāng)?shù)剡B墻插入比由0.5增大至1.2時(shí),基坑開(kāi)挖施工影響范圍內(nèi),最大地表沉降值由42.50 mm降低到35.50 mm,減小約16.47%,隨著地連墻插入比的逐漸增大,對(duì)基坑周?chē)乇淼淖冃慰刂颇芰Σ粩嘣鰪?qiáng),由于逆作法深基坑施工產(chǎn)生的地表沉降值也逐漸減小。根據(jù)表2中不同地連墻插入比條件下最大基坑坑底隆起結(jié)果,隨著地連墻插入比逐漸增加,最大基坑坑底隆起值也逐漸減低,地連墻嵌入到開(kāi)挖基坑底部以下的長(zhǎng)度越大,對(duì)基坑坑底土體變形控制能力越強(qiáng),當(dāng)?shù)剡B墻插入比由0.5增大至1.2時(shí),在基坑開(kāi)挖施工的影響范圍內(nèi),逆作法深基坑最大基坑坑底隆起值由151.60 mm減小至120.30 mm,減小約20.65%。根據(jù)表2中不同地連墻插入比條件下地連墻最大水平位移結(jié)果,隨著地連墻插入比逐漸增加,地連墻最大水平位移值也逐漸減低,地連墻嵌入到開(kāi)挖基坑底部以下的長(zhǎng)度越大,提高了地連墻抵抗變形能力,當(dāng)?shù)剡B墻插入比由0.5增大至1.2時(shí),在基坑開(kāi)挖施工的影響范圍內(nèi),逆作法深基坑最大基坑坑底隆起值由45.20 mm減小至36.10 mm,減小約20.13%。不同地連墻插入比與變形指標(biāo)擬合關(guān)系,可以得到地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑坑底隆起值與地連墻插入比符合指數(shù)函數(shù)變化關(guān)系,結(jié)果顯示擬合精度較高,因此,可以采用指數(shù)定量關(guān)系對(duì)不同地連墻插入比的變形特征進(jìn)行預(yù)估分析。

2.2 地連墻厚度結(jié)果

為研究不同逆作法深基坑地連墻厚度對(duì)基坑結(jié)構(gòu)的變形影響,以逆作法深基坑地連墻最大水平位移、地表沉降和基坑隆起為變形指標(biāo),根據(jù)逆作法深基坑不同地連墻厚度數(shù)值分析結(jié)果,如表3所示,分析不同地連墻厚度對(duì)基坑結(jié)構(gòu)的變形影響。

表3 不同地連墻厚度變形指標(biāo)

根據(jù)表3不同地連墻厚度變形指標(biāo)結(jié)果,整體上,隨著逆作法深基坑地連墻厚度的增大,地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑隆起值均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì),但降幅略有差異。當(dāng)?shù)剡B墻厚度由0.6增大至1.40時(shí),基坑開(kāi)挖施工影響范圍內(nèi),最大地表沉降值由36.50 mm降低到31.30 mm,減小約14.25%,地連墻厚度的增加提高了地連墻強(qiáng)度,使得對(duì)臨近地表的影響在一定成程度上減弱。當(dāng)逆作法深基坑地連墻厚度由0.6增大至1.40時(shí),基坑開(kāi)挖施工影響范圍內(nèi),最大基坑坑底隆起值由115.60 mm降低到103.70 mm,減小約10.3%,地連墻厚度的增加減弱了基坑開(kāi)挖應(yīng)力解除后,坑底土體的快速變形與強(qiáng)度。當(dāng)逆作法深基坑地連墻厚度由0.6增大至1.40時(shí),基坑開(kāi)挖施工影響范圍內(nèi),地連墻最大水平位移值由45.10 mm降低到33.60 mm,減小約25.5%,地連墻厚度的增加提高了地連墻強(qiáng)度,使得地連墻變形能力增強(qiáng),隨著地連墻厚度增加,地連墻水平位移逐漸減小。不同地連墻厚度與變形指標(biāo)擬合關(guān)系,可以得到地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑坑底隆起值與地連墻厚度符合線(xiàn)性函數(shù)變化關(guān)系,結(jié)果顯示擬合精度較高,因此,可以采用線(xiàn)性定量關(guān)系對(duì)不同地連墻厚度的變形特征進(jìn)行預(yù)估分析。

2.3 地連墻剛度結(jié)果

為分析逆作法深基坑地連墻剛度對(duì)基坑結(jié)構(gòu)的變形影響,逆作法深基坑變形指標(biāo)包括地連墻最大水平位移、地表沉降和基坑隆起等,提取逆作法深基坑不同地連墻剛度數(shù)值分析結(jié)果,如表4所示。

表4 不同地連墻剛度變形指標(biāo)

根據(jù)表4不同地連墻剛度變形指標(biāo)結(jié)果,隨著逆作法深基坑地連墻剛度的增大,逆作法深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形能力增強(qiáng),地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑隆起值均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì),地連墻剛度對(duì)不同變形指標(biāo)的影響程度存在差異。當(dāng)?shù)剡B墻剛度由5.6×109kN/m2增大至8.6×109kN/m2時(shí),基坑開(kāi)挖施工影響范圍內(nèi),最大地表沉降值由33.10 mm降低到26.50 mm,減小約19.9%,地連墻剛度的增加提高了地連墻抵抗變形的能力,地連墻剛度越大減弱了基坑土體向開(kāi)挖空間變形的趨勢(shì)。當(dāng)逆作法深基坑地連墻剛度由5.6×109kN/m2增大至8.6×109kN/m2時(shí),基坑開(kāi)挖施工影響范圍內(nèi),最大基坑坑底隆起值由135.20 mm降低到123.70 mm,減小約8.5%,地連墻剛度的增加使得土體變形趨勢(shì)減緩,逆作法深基坑坑底土體變形也降低。當(dāng)逆作法深基坑地連墻剛度由5.6×109kN/m2增大至8.6×109kN/m2時(shí),基坑開(kāi)挖施工影響范圍內(nèi),地連墻最大水平位移值由46.20 mm降低到37.80 mm,減小約18.2%,隨著地連墻剛度增加,地連墻水平位移逐漸減小。不同地連墻剛度與變形指標(biāo)擬合關(guān)系,可以得到地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑坑底隆起值與地連墻厚度符合指數(shù)函數(shù)變化關(guān)系,結(jié)果顯示擬合精度較高,因此,可以采用指數(shù)定量關(guān)系對(duì)不同地連墻剛度的變形特征進(jìn)行預(yù)估分析。

3 結(jié)語(yǔ)

為研究逆作法深基坑重點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻參數(shù)對(duì)基坑變形的影響,分析了逆作法深基坑地連墻插入比、地連墻厚度和地連墻剛度等參數(shù)對(duì)逆作法深基坑變形的影響,主要研究結(jié)論包括:

(1)當(dāng)?shù)剡B墻插入比由0.5增大至1.2時(shí),地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑隆起值均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì),降幅分別為16.47%、 20.65% 和20.13%。根據(jù)不同地連墻插入比與變形指標(biāo)擬合關(guān)系,地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑坑底隆起值與地連墻插入比符合指數(shù)函數(shù)變化關(guān)系。

(2)隨著逆作法深基坑地連墻厚度的增大,地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑隆起值均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì),降幅分別為14.25%、10.3%和 25.5%,不同地連墻厚度與變形指標(biāo)擬合關(guān)系,可以得到地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑坑底隆起值與地連墻厚度符合線(xiàn)性函數(shù)變化關(guān)系。

(3)隨著逆作法深基坑地連墻剛度的增大,地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑隆起值均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì),降幅分別為19.9%、8.5%和18.2%,根據(jù)不同地連墻剛度與變形指標(biāo)擬合關(guān)系,可以得到地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑坑底隆起值與地連墻厚度符合指數(shù)函數(shù)變化關(guān)系。