摘要：本文依托衢州市鹿鳴半島時(shí)尚文化創(chuàng)業(yè)園建設(shè)項(xiàng)目，采用有限元軟件PLAXIS2D研究了不同地下水位對(duì)鄰近基坑施工變形的影響。研究結(jié)果表明，不論地下水位如何變化，施工工況推進(jìn)時(shí)的基坑變形規(guī)律相近，但是地下水位變化對(duì)基坑變形的大小有一定影響。當(dāng)?shù)叵滤唤抵良s為基坑開挖深度的一半時(shí)，可以大大減少圍護(hù)墻的變形及土體的豎向變形。根據(jù)沉降變形大小可將坑外土體分為3個(gè)影響區(qū)，分別為主要影響區(qū)，次要影響區(qū)及無影響區(qū)。本文研究結(jié)果可為鄰近基坑施工提供參考。

關(guān)鍵詞：基坑；地下水位；鄰近基坑；施工變形；有限元

中圖分類號(hào)：TU473""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著工程建設(shè)的不斷發(fā)展，城市空間資源利用愈發(fā)緊缺，工程建設(shè)不再局限于地面建設(shè)，城市地下空間開發(fā)愈發(fā)頻繁，導(dǎo)致出現(xiàn)大量基坑工程。

隨著基坑工程的復(fù)雜化，施工也逐漸由單一基坑向多個(gè)相鄰基坑施工情況演變。已有不少學(xué)者對(duì)鄰近基坑施工的相互影響進(jìn)行研究。陳萍等[1]以上海外灘國(guó)際金融服務(wù)中心工程為背景，提出了相鄰基坑同步開挖的設(shè)計(jì)技術(shù)措施。郭力群[2]等通過有限元建模研究了不同基坑間距對(duì)基坑及坑外土體的影響，并定義了強(qiáng)相互影響基坑和弱相互影響基坑。徐偉[3]等通過數(shù)值模擬研究了不同基坑間距、不同開挖深度和開挖寬度等因素對(duì)鄰近基坑開挖的影響。在眾多影響基坑穩(wěn)定性的因素中，地下水位的變化是一個(gè)不可忽視的重要因素。地下水位的高低直接影響土體的力學(xué)性質(zhì)，從而影響基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和周邊土體的變形。

然而，上述研究并未涉及不同地下水位對(duì)鄰近基坑施工變形的影響。本文將采用有限元軟件PLAXIS2D，研究不同地下水位對(duì)圍護(hù)墻變形和土體變形的影響，并根據(jù)沉降變形大小劃分基坑施工影響區(qū)，以期為類似工程提供借鑒。

1工程概況

衢州市鹿鳴半島時(shí)尚文化創(chuàng)業(yè)園建設(shè)工程是位于鹿鳴半島地塊的重要項(xiàng)目，涵蓋了AD區(qū)、B區(qū)和C區(qū)3個(gè)基坑，九華大道隧道（二期）及紫薇路隧道工程基坑位于B區(qū)和C區(qū)兩個(gè)基坑間，如圖1所示。

其中，AD區(qū)包括文化創(chuàng)業(yè)中心和地下車庫，位于九華大道南側(cè)和衢江北側(cè)，地下一層，基坑開挖深度約2.35～4.20m，B區(qū)和C區(qū)分別為兩層地下室，位于九華大道北側(cè)和紫薇南路東側(cè)，周邊場(chǎng)地高程在＋65.0m～＋66.0m。整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)用地面積約為64. 1萬㎡，其中，文化創(chuàng)業(yè)中心建筑面積約5.6萬㎡，地下車庫建筑面積約6.0萬㎡。為了保證工程的穩(wěn)定性，項(xiàng)目采用了鉆孔灌注樁基礎(chǔ)作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式，這種基礎(chǔ)形式在地下室工程中具有較好的承載性能和抗震性能。針對(duì)不同區(qū)塊的特點(diǎn)，B區(qū)的結(jié)構(gòu)承臺(tái)墊層底標(biāo)高為+58.7m，基坑開挖深度為6.3m，局部挖深為7.3m，C區(qū)的結(jié)構(gòu)承臺(tái)墊層底標(biāo)高為＋58.3m，基坑開挖深度為6.7m。這些具體數(shù)據(jù)為工程施工、監(jiān)測(cè)、設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)，有助于保證基坑開挖和結(jié)構(gòu)施工的精準(zhǔn)進(jìn)行。

2數(shù)值模擬

2.1模型概況

計(jì)算主要采用PLAXIS2D有限元軟件對(duì)數(shù)值進(jìn)行模擬分析[4-6]，PLAXIS2D是一款專業(yè)的土木工程有限元分析軟件，它能夠模擬土體和結(jié)構(gòu)的相互作用，廣泛應(yīng)用于土木工程中的地下結(jié)構(gòu)、邊坡穩(wěn)定性分析等領(lǐng)域。當(dāng)建模時(shí)，為了消除模型范圍對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，通常會(huì)設(shè)置一定尺寸的邊界，經(jīng)過計(jì)算，本模型將基坑4倍開挖深度以外作為計(jì)算邊界。本次分析模型取350m×30m（x×y），其中x方向?yàn)?0～400m，有限元網(wǎng)格劃分圖如圖2所示。為便于區(qū)分各基坑，將鄰近衢州市鹿鳴半島時(shí)尚文化創(chuàng)業(yè)園建設(shè)工程B區(qū)及C區(qū)基坑簡(jiǎn)稱為基坑B及基坑C，九華大道隧道（二期）及紫薇路隧道工程基坑簡(jiǎn)稱為基坑A。

2.2材料參數(shù)

2.2.1土層參數(shù)

根據(jù)工程勘察資料，將其地層簡(jiǎn)化分層。其中，第一層素填土厚度為1.9m，第二層粉質(zhì)黏土厚度為4.0m，第3層卵石厚度為9.3m，第4層泥質(zhì)粉砂巖厚度為14.8m。

基坑開挖及其影響深度范圍土層主要為素填土、粉質(zhì)黏土、卵石、泥質(zhì)粉砂巖，計(jì)算土層主要參數(shù)見表1和表2。其中，素填土、粉質(zhì)黏土、卵石采用的是表1的土體HSS模型參數(shù)，泥質(zhì)粉砂巖采用的是表2的土體摩爾-庫倫模型參數(shù)。

2.2.2結(jié)構(gòu)參數(shù)

有限元模型結(jié)構(gòu)部分參數(shù)見表3，其中采用板單元的為圍護(hù)結(jié)構(gòu)、底板及樓板，第一道支撐、第二道支撐及第三道支撐則采用錨定桿。圍護(hù)結(jié)構(gòu)、底板、樓板及第一道支撐彈性模量都為30.0GPa，第二道支撐及第三道支撐的彈性模量為210.0GPa。

2.3模擬工況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工開挖順序，施工步驟總體可劃分為兩部分：鄰近衢州市鹿鳴半島時(shí)尚文化創(chuàng)業(yè)園建設(shè)工程B區(qū)及C區(qū)基坑開挖；九華大道隧道（二期）及紫薇路隧道工程基坑開挖。

詳細(xì)工況如下。1）工況0為初始地應(yīng)力場(chǎng)平衡。2）工況1為圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。3）工況2為B基坑第一道支撐施工，并開挖至坑底。4）工況3為C基坑開挖至第一道支撐底。

5）工況4為C基坑第一道支撐施工，并開挖至坑底。6）工況5為B、C基坑底板施工。7）工況6為B、C基坑樓板施工，并拆撐。8）工況7為A基坑開挖至第一道支撐底。9）工況8為A基坑第一道支撐施工，并開挖至第二道支撐底。10）工況9為A基坑第二道支撐施工，并開挖至第三道支撐底。11）工況10為A基坑第三道支撐施工，并開挖至坑底。12）工況11為A基坑底板施工，并拆除第三道支撐。13）工況12為A基坑樓板施工，并拆除第一道、第二道支撐。

降水開挖是基坑工程中的一種常見的施工方式，其主要目的是通過降低地下水位，以便于施工人員在干燥的環(huán)境中進(jìn)行施工。然而，降水開挖會(huì)導(dǎo)致基坑內(nèi)外產(chǎn)生水頭差，這種水頭差會(huì)對(duì)基坑的穩(wěn)定性和變形情況產(chǎn)生顯著影響。特別是當(dāng)圍護(hù)墻兩側(cè)的水頭差較大時(shí)，基坑內(nèi)外的水頭差將會(huì)對(duì)基坑的穩(wěn)定性和變形情況產(chǎn)生更大的影響。

在實(shí)際工程中，地下水位的高低對(duì)基坑工程的影響非常大。當(dāng)降水開挖后，基坑內(nèi)外的水頭差會(huì)隨著地下水位的變化而變化。這種變化不僅會(huì)影響基坑的穩(wěn)定性，還會(huì)影響基坑的變形情況。因此，對(duì)不同地下水位下的基坑變形進(jìn)行研究是非常重要的。為了全面了解不同地下水位對(duì)基坑變形的影響，本文將坑外水位選取為地表下0m，3m，6m，9m，12m，并對(duì)其進(jìn)行分析。通過分析這些不同地下水位下基坑變形，不僅可以更深入地了解地下水位對(duì)基坑變形的影響，從而為工程設(shè)計(jì)和施工提供重要參考，還可以科學(xué)合理地制定降水方案和基坑支護(hù)措施，從而保障基坑工程的安全施工和保證穩(wěn)定運(yùn)行。既可以提高工程的施工效率，又可以降低工程的施工風(fēng)險(xiǎn)，保障工程人員的生命安全。

總的來說，地下水位對(duì)基坑變形的影響是一個(gè)復(fù)雜的問題，需要從多個(gè)角度進(jìn)行研究分析。對(duì)不同地下水位下的基坑變形進(jìn)行研究，可以更深入地了解地下水位對(duì)基坑變形的影響，從而為工程設(shè)計(jì)和施工提供重要參考。

3結(jié)果及分析

總體來說，不論地下水位如何變化，當(dāng)施工工況推進(jìn)時(shí)，基坑變形的規(guī)律是相似的，即基坑B的左側(cè)圍護(hù)墻及基坑C的右側(cè)圍護(hù)墻隨土體開挖及施工過程推進(jìn)，其指向坑內(nèi)的變形也隨之增加；而基坑B的右側(cè)圍護(hù)墻及基坑C的左側(cè)圍護(hù)墻則相反，變形會(huì)逐漸變小。隨著開挖過程的推進(jìn)，基坑A的變形越來越大。地下水位變化對(duì)基坑變形有很大影響，因此，在不同地下水位下，針對(duì)基坑變形最大值進(jìn)行進(jìn)一步分析，如圖3、圖4所示。圖3為不同地下水位下圍護(hù)墻最大變形發(fā)展規(guī)律，圖4則是不同地下水位下土體豎向變形最大值發(fā)展規(guī)律。

由圖3、圖4可知，當(dāng)?shù)叵滤粡牡乇硐?m降至地表下3m的位置時(shí)，基坑B及基坑C圍護(hù)墻最大變形及土體豎向變形均明顯變小，隨后變小的幅度逐漸平穩(wěn)，這說明當(dāng)?shù)叵滤唤抵粱娱_挖深度的一半時(shí)（基坑B及基坑C的開挖深度約為6m），可以減少圍護(hù)墻的變形及土體的豎向變形。隨著地下水位繼續(xù)降至地表下6m，圍護(hù)墻變形及土體豎向變形均明顯變小，但幅度遠(yuǎn)不及降至地表下3m位置時(shí)。由于基坑A開挖深度較大，因此持續(xù)降低地下水位對(duì)圍護(hù)墻最大變形仍有較大影響，約在地表下6m后，繼續(xù)降低地下水位對(duì)圍護(hù)墻變形影響開始減弱。

圖5為坑外土體沉降云圖，從圖5可知，根據(jù)沉降變形大小可分為3個(gè)影響區(qū)，分別為主要影響區(qū)，次要影響區(qū)及無影響區(qū)，其中主要影響區(qū)距基坑邊距離d1約為1.5He（基坑開挖深度），其沉降可達(dá)沉降最大值的70%，次要影響區(qū)距基坑邊距離d2約為1.5He～3He，次要影響區(qū)外土體基本不受基坑開挖的影響，因此定義為無影響區(qū)。

綜上所述，地下水位對(duì)基坑圍護(hù)墻變形和土體豎向變形具有顯著影響，當(dāng)降至基坑開挖深度的一半時(shí)，可以顯著減少變形。這有助于合理評(píng)估基坑開挖對(duì)周邊土體的影響，為工程設(shè)計(jì)和施工提供重要參考。

4結(jié)論

本文采用有限元軟件PLAXIS2D研究了不同水位對(duì)鄰近基坑施工變形的影響，主要結(jié)論如下。1）隨著土體開挖及施工過程的推進(jìn)，基坑B的左側(cè)圍護(hù)墻及基坑C的右側(cè)圍護(hù)墻指向坑內(nèi)的變形也隨之增加，而基坑B的右側(cè)圍護(hù)墻及基坑C的左側(cè)圍護(hù)墻則相反，變形逐漸變小。2）當(dāng)?shù)叵滤唤抵良s為基坑開挖深度的一半時(shí)，可以減少圍護(hù)墻的變形及土體的豎向變形。隨著地下水位繼續(xù)降至地表下6m時(shí)，圍護(hù)墻變形及土體豎向變形降低的幅度遠(yuǎn)不及降低到地表下3m。因此，將地下水位降至基坑開挖深度的一半是減小基坑變形最有效的地下水位，繼續(xù)降低地下水位對(duì)基坑變形的影響效果減弱。3）根據(jù)沉降變形大小可分為3個(gè)影響區(qū)，分別為主要影響區(qū)，次要影響區(qū)及無影響區(qū)，其中主要影響區(qū)距基坑邊距離約為1.5He，次要影響區(qū)距基坑邊距離d2約為1.5He～3He，無影響區(qū)距基坑邊距離約大于3He。

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