行业要闻

 

【摘  要】以武汉地铁车站王家墩东站为研究背景，运用大型通用软件 ANSYS 对基坑坑底采用旋喷桩加固前后的基坑进行模拟，从地下连续墙水平位移、坑外土体沉降、坑底土体隆起三个方面进行对比分析，得出旋喷桩的存在对地下连续墙的水平位移和坑外土体沉降有一定的限制作用，对限制坑底隆起作用尤为明显，为武汉地区后续地铁车站深基坑变形控制提供一定的参考依据。

【关键词】旋喷桩；深基坑变形；有限元分析

 

      旋喷加固方法在我国 20 世纪 80 年代地铁工程开始建设后就得到广泛的应用，在上海地铁一号线、二号线、明珠线等轨道交通工程及若干与地铁相邻的高层建筑基础工程中均得到成功应用，可用于加固地铁车站基坑底部、基坑外土体、地铁车站或盾构相毗邻的结构物的地基和保护地铁车站附近地下管线等。武汉正处于地铁建设初期，在武汉地区软土地基条件下，研究运用旋喷桩对基坑进行加固对控制其变形具有一定的指导意义。由于坑底加固的选择往往造成工程造价的增大，利用有限元法对坑底加固方案进行模拟分析就十分有必要。

 

      武汉地铁王家墩东站为地下双柱三跨岛式车站，采用明挖法分期施工，地下连续墙结合内支撑系统支护。车站标准段基坑宽 20.5m，标准段基坑深度为 16.11m，800mm 厚地下连续墙。土层参数指标见表 1。

      计算模型选取基坑标准段为截面，按二维支护结构进行模拟，严格来说基坑开挖变形分析是一空间三维问题，用平面模型难以很好模拟墙土界面的实际状态，计算中会存在一定误差。但从总体上来看，所选取的界面为基坑标准段并非靠近角部的区段，按平面问题来研究其基坑变形是可行的。

      基坑开挖深度 16.11m，开挖宽度 22.1m，基坑尺寸为91.6m×36m。模拟上海地铁车站基坑较常用的加固方式，采用加固宽度 3m，间距 3m，深度 3m 旋喷桩进行坑底抽条加固。加固标高为-16.1m~-19.1m。土体采用平面 4 节点板单元，Drucker-Prager 弹塑性本构模型进行模拟，墙体采用 2 节点梁单元进行模拟，选用 Goodman 作为墙土接触单元，每层的刚支撑采用杆单元模拟，边界条件为墙体两侧均无水平位移，底边完全固定。有限元模型见图 1。

      无旋喷桩和有旋喷桩加固基坑开挖结束时水平位移分别见图 2 和图 3。

      由图 4 所示，旋喷桩的存在对地下连续墙的水平位移有一定的限制作用。当旋喷桩不存在时，向基坑外侧的最大水平位移发生在地面处，其值为-15.3mm，向基坑内侧的最大水平位移为 11.8mm，发生在地面下-10.4m 处，而模拟加上旋喷桩后，发生在地面处的基坑外最大水平位移减为-8mm，而向基坑内侧的基坑最大水平位移发生在地面下-12m 处，最大水平位移减为 8.6mm，可见，考虑旋喷桩作用下的墙体水平位移要比不考虑旋喷桩作用时要小。

      无旋喷和有旋喷桩加固基础开挖结束时竖向位移分别见图 5 和图 6。

      如图 7 所示，无旋喷桩时，基坑外地面沉降最大处发生在距坑边 9.65m 处，沉降值为-14.2mm,当考虑旋喷桩时，坑外地面最大沉降发生在距坑边 7.72m,沉降值为-11.2mm，可见，旋喷桩的存在会减少坑外土体沉降。

      如图 8 所示，坑底隆起曲线为凸型，无旋喷桩时坑底最大隆起量发生在坑底中部，隆起量为 24.8mm；当考虑旋喷桩加固时，坑底最大隆起量为 13.5mm，隆起量明显下降。

 

      通过对坑底旋喷桩存在与否分别对基坑建立二维有限元模型，从地下连续墙水平位移、坑外土体沉降、坑底土体隆起三个方面进行对比分析可得，旋喷桩的存在对地下连续墙的水平位移和坑外土体沉降有一定的限制作用，尤其是对限制坑底隆起作用明显，这是由于旋喷桩的存在，对被动区土体进行加固，提高并改善坑底土体物理力学性能，从而达到控制基坑变形的目的。可见，运用旋喷桩对武汉地区软土地基条件下地铁车站深基坑进行加固对控制深基坑变形起到了非常好的效果，这对武汉后续地铁车站深基坑的支护设计具有一定的指导意义。

 

【1】王道富.旋喷注浆法在上海地铁建设中的应用[J].岩土工程界，2002,5(8):42-44.

【2】鲁宏，李小芳.考虑工程桩存在对深基坑变形性状影响的有限元分析[J].昆明理工大学学报（理工版），2006,10(5):56-60.

【3】鲁宏.考虑工程桩的存在对深基坑变形性状影响的有限元分析[D].天津：天津大学，2003.

【4】任小峰.基底加固对上海地铁车站基坑变形的影响分析研究[D].上海：同济大学，2009.

【5】刘建航，侯学渊.基坑工程手册[K].北京：中国建筑工业出版社，1997.