行业要闻

 

摘  要： 随着我国各大城市基础设施的飞速发展， 地铁建设在既有建筑物附近的现象会越来越多， 在城市建筑物林立、 管道密集、 交通繁忙的地区进行深基坑开挖已经变得越来越普遍， 而在这些地区进行深开挖和地下结构的施工是一件非常困难的工作。 在施工过程中， 除了确保深基坑自身的安全外， 还要尽量减少对周边环境的影响， 保证周围的建筑物、 地下管线、 道路等的安全， 这就对深基坑开挖技术提出了更高、 更严的要求。 本文结合具体的工程实例， 采用有限单元数值模拟方法， 研究基坑开挖深度、 桩体直径、 桩体嵌入深度的变化与其锚式连锁灌注排桩支护结构水平位移变形的关系。

关键词： 深基坑； 连锁灌注排桩； 水平位移变形； 分析

 

      目前， 城市高层建筑越来越多， 基坑越来越深， 所处的地质条件愈加复杂。 基坑周边往往高楼林立， 市政道路和地下管网纵横交错。 若支护结构位移过大， 则有可能导致坑周土体产生较大沉降、 近临房屋及城市道路沉陷开裂、 地下管网破坏等病害而造成严重后果。 因此， 支护结构除保证稳定可靠外， 变形位移也亟需重视。

      研究支护结构的变形特征及影响因素， 对基坑支护设计及信息化施工， 都具有重要意义。 有限元方法可以考虑土的非线性和开挖方式的影响、支护结构与土体的共同作用和协调变形特性，并能处理复杂结构的几何形状、 边界条件和材料非均质性， 其分析结果能反映许多因素对支护结构变形位移的影响^[1-3]。 本文以常用的锚式连锁灌注排桩支挡结构的变形位移与主要设计参数的关系为例， 用有限元法对株洲某深基坑工程进行分析。

 

      拟建的某大厦主楼 30 层，高 100m，裙楼 5层， 两层地下室， 基坑开挖面积 8000m²， 基坑开挖深度 8.3m，基坑开挖周长约 440m。场地位于株洲市芦淞区火车站广场南侧， 周边为天雅公寓楼和繁华的商业车流和物流。

      根据工程勘察资料揭示， 场地地层依次为：覆盖层 （素填土）、 淤泥质粉质粘土、 粉质粘土、强风化红砂岩、 中风化红砂岩。

      地层的物理力学参数如表 1 所示。

      考虑到场地周边环境的复杂因素，基坑支护总体上采取排桩支护。对素填土层和淤泥质粉质粘土层段，采用类似于连续墙的双反弧施工作业工艺，形成桩与桩之间的双反弧连接，使之成为相互咬合的板式拼装结构， 再在桩体上布置一排或多排土钉 （土钉嵌入至强风化红砂岩层段）， 形成锚式连锁灌注排桩 (如图 1 所示)， 这种支挡结构既能挡土， 又能止水^[4-6]。

      （1） 土体： 假定地基土为线弹性材料 ， 服从Coulomb 准则， 各层土体的计算参数见表 1。

      （2） 喷射砼 ： 按弹性材料考虑 ， 其厚度为0.1m， 弹性模量 E=120MPa， 泊松比 μ=0.3。

      （3） 接触面层： 接触面本构关系按线性考虑，土钉与土体接触摩擦单元的切向刚度为 K_s=150kN/m³，法向刚度为 K_n=50000kN/m³。

      （4） 土钉： 按弹性材料考虑 ， 服从 Mises 准则， 取钻孔直径 100mm， 钢筋直径 25mm， 按面积比进行折算弹性模量 E_eq=33730MPa， 泊松比 μ=0.15。 土钉的入射角为 15°、长度为 6m， 按 1.5m×1.5m 布设。

      （5） 基坑周边的荷载 (车载等活荷载 、 已有建筑物静载) 等效处理为 15kPa 的均布荷载。

      图 2 给出了桩长为 12.3m (嵌固深度为 4m) 时在不同开挖阶段的位移变化规律， 图 3 给出了没有土钉支护下的不同开挖深度的位移变化规律。