摘 要：地铁基坑受城市环境的影响，其周边控制条件往往比较复杂，很多地铁基坑距离建筑物较近，单边建筑物的附加不对称荷载对地铁基坑产生偏载影响，由此会对基坑安全及围护结构受力产生影响。通过具体的工程实例，研究分析偏载对基坑安全及围护结构受力影响。

关键词：基坑偏载；基坑安全；支护结构受力

 

      在实际工程中，地铁车站的基坑往往采用明挖法进行施工，由于受城市环境的影响，地铁基坑的周边控制条件往往比较复杂，基坑周边难免会由于车站站位的限制而存在不对称的单边建筑物，这就势必会出现基坑偏载的现象。基坑由于受到不对称荷载的作用，其围护结构的受力特性以及基坑的安全性就需要专门进行研究，本文结合某地铁车站，通过建立三维有限元模型，从整体上分析由于不对称荷载的作用，基坑围护结构在受力上和基坑安全上的特点。

 

      本车站为西部某市4、5号线的换乘车站，T字换乘，4号线南北向设置，5号线东西向设置，车站西南象限为4、5号线联络线，4号线车站南端为“刀把段”。“刀把段”西侧有两栋5层建筑物，最近处距离基坑5米。建筑物为5层条形基础框架结构，基础埋深约为2.5米。车站基坑采用排桩加内撑支护方式，基坑深度约为15.5米，排桩直径为1米、桩间距为1.4米，嵌固深度为7米；内撑为直径600毫米壁厚16米的钢管支撑，支撑间距3米。

      车站地层自上而下依次分别为：杂填土、素填土、新黄土、古土壤、粉质粘土，各层岩土参数取值见下表：

      本次计算采用理正深基坑6.01进行建模计算，建模范围考虑偏载影响范围，取车站南端30米范围和“刀把段”建立三维有限元模型，对地铁车站基坑开挖支护进行全过程的模拟，取控制工况进行分析研究，计算模型见图一：

      对围护桩分别考虑偏载侧和无偏载侧的受力状态，通过对比分析，得出偏载对围护桩受力的影响，通过计算对比分析围护桩的桩身配筋差异。围护桩受力情况如图二、图三。

      通过计算可以得出：在偏载的作用下，基坑两侧围护桩的受力状态明显不同，偏载侧的最大弯矩为1184.9KN·M，最大剪力为608KN；无偏载侧的最大弯矩为567.7KN·M，最大剪力为436KN。弯矩增大617.2KN·M，剪力增大172KN。偏载侧需配纵向受力钢筋10,066mm²，箍筋1,579mm²；无偏载侧需配纵向受力钢筋4,712mm²，箍筋1,579mm²。

      偏载对基坑围护桩的受力影响较大，弯矩增大约108%，剪力增大约40%，围护桩纵向受力钢筋增大约5,354 mm²。

      内支撑主要考虑控制工况下第三道支撑的轴力，轴力图如图四、图五：

      通过计算可以得出：控制工况下存在偏载处基坑第三道支撑的最大轴力为1,557KN，无偏载处基坑第三道支撑的最大轴力为1,106KN，偏载处基坑第三道支撑最大轴力增大551KN，偏载对支撑轴力的影响较为显著。

      基坑安全分析主要考虑基坑水平向位移和基坑安全系数，基坑水平向位移通过围护桩的位移来确定，基坑安全系数由程序计算得出。基坑两侧围护桩的位移图如图六、图七。

     通过计算可以得出：偏载侧桩顶最大位移为26.7mm，无偏载侧桩顶最大位移为23.0mm，桩顶最大位移增大3.7mm，位移增大约16%，且从整体位移图可以看出基坑整体有向无偏载侧移动的趋势。虽然桩顶位移增大值不大，但相对值还是较大的，偏载对基坑位移的影响还是较显著的。

      通过计算可以得出：偏载侧基坑的安全系数为1.31，无偏载侧基坑安全系数为1.41，偏载对基坑的整体安全性影响较为显著。因此在基坑施工的过程中必须加强对基坑的监测，同时加强偏载侧的围护结构，确保基坑施工安全。

 

      （1）在偏载的作用下，基坑围护桩的弯矩增大约108%，剪力增大约40%，围护桩纵向受力钢筋增大约5354mm²。偏载处基坑第三道支撑最大轴力增大551KN。偏载对围护结构受力影响较大，偏载侧围护结构需进行专门研究设计。

      （2）偏载使基坑围护桩顶位移增大约16%，且基坑整体有向无偏载侧移动的趋势。偏载段需增大围护结构的整体刚度，以确保基坑的安全性。

      （3）偏载使基坑的安全系数降低了0.10，对基坑安全性影响较为显著。

      通过研究分析可以得出：在基坑存在偏载作用时，基坑围护结构受力明显增大，在进行围护结构计算时需考虑基坑的空间作用，采取必要的措施，增大围护结构的刚度，加强基坑的监测。

 

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