深基坑支护结构变形规律研究

深基坑支护结构变形规律研究
张宝元
【摘要】依托实际工程,通过有限元软件FLAC-3D开展了基坑支护结构变形的影响因素进行了分析,得到了如下结论:增加地连墙厚度可以显著减小墙体的水平位移,但当地连墙厚度增加到一定程度时,再通过增加墙体厚度来减小位移的作用不大.第一道内支撑加上预应力后,不论其刚度是大还是小,对地连墙水平位移均较小.土体的模量对地连墙水平位移的影响是显著的,土体的模量参数是影响基坑变形的主要参数,增加土体的模量,可以很好的控制基坑的变形,因此加固基坑的软弱土层是控制变形行之有效的方法.
【期刊名称】《四川建材》
【年(卷),期】2013(039)001
【总页数】3页(P43-44,49)
【关键词】深基坑;变形;支护结构
【作者】张宝元
【作者单位】中煤科工集团西安研究院,陕西西安710077
【正文语种】中文
【中图分类】TU473
0 前言
随着城市建设的高速发展，人们对城市地下空间的利用率越来越高，深基坑引发的
环境岩土工程问题日益受到人们的重视，使得这个理论研究、设计和施工都还不完善的课题成为业界的研究热点［1］。

从工程角度来看，深基坑设计由最初的强度控制发展到今天的变形控制、系统控制，因而深基坑支护结构的变形规律研究对优化基坑设计具有重要意义，众多学者也对此进行了不同的研究。

唐孟雄、陈如桂［2］等近几年来一直在进行基坑变形与环境影响关系方面的研究工作;王卫东等人［3-4］主要对基坑围护结构是地下连续墙的一类深基坑变形特性与性状进行了相关方面的研究;Peck、Clough与Long［5-7］等结合大量的实际工程，针对软土地区的基坑变形与场地周边地面的沉降规律进行了相关研究;江晓峰，刘国彬，张伟立等人［8］根据上海软土地区58个19 m以上超深基坑数据库，从墙后地表沉降和基坑围护结构水平位移两个方面进行了研究;贺俊，杨平，张婷［9］依托江阴市某深基坑支护工程，对该工程基坑变形规律进行了现场监测研究，重点对基坑中两个变形较大处进行原因分析。

笔者将依托实际工程，采用有限元程序FLAC-3D对开挖过程中深基坑支护结构变形规律进行研究。

1 工程概况
武汉市轨道交通2号线循礼门车站位于京汉大道与汉口江汉路解放大道之间，平行于江汉路布设。

车站东侧为京汉大道轻轨1号线桥梁区间;西侧为循礼门地下通道;西南侧距离基坑3.5 m左右处有地上3层、地下1层的大润发超市(基础类型为筏片基础);西北侧有30层武汉船舶工业公司大楼，距离基坑约53 m左右;东北侧有28层世纪大厦大楼(基础为桩基础)，距离基坑约13m左右;东南侧为一待开发空地，整体布局如图1所示。

图1 施工平面布置图
1.1 场地工程地质条件
循礼门车站位于长江一级阶地前缘，地形平坦、开阔，地面高程20.8～25.0 m。

长江一级阶地第四纪地层组合呈典型二元结构，即上层以粘性土为主，厚度在
10～15 cm之间，邻江局部浅层有新近代粉土、粉砂，还有成片的淤泥质土;下层有三个亚层，即顶部粉土、粉砂与粉质粘土或淤泥质粉质粘土交互层，属典型的漫滩相沉积层;中下部为粉砂、细砂层，属河床相沉积层(第二亚层);底部为粗砾或卵石层(第三亚层)。

属第四纪全新世(Q4)冲积层。

各土层物理力学参数如表1所示。

表1 各土层物理力学参数土层名称平均厚度(m)变形模量(MPa)天然重度(kN/m3)泊松比粘聚力(kPa)内摩擦角(°)粘土5.4 43 25.0 0.28 300 36 34.0 12.7 19.0 0.36 16 32.0中风化砂岩12.6 5.5 19.5 0.42 11.5 14.0粉细砂
1.2 支护结构
本站主体基坑选用800 mm厚地下连续墙结合内支撑的支护结构形式。

地下连续墙用刚性工字钢连接，最大入土深度为50.8 ～53.1 m。

支撑体系的设计为标准段设置4道支撑，第一道采用钢筋混凝土支撑，其它三道采用钢支撑，第三道采用双拼支撑;盖挖段设计5道支撑，第二道采用钢支撑，其它均为钢筋混凝土支撑;顶板抬高段设置5道支撑，第一道采用钢筋混凝土支撑，2～5道设置钢支撑，第四道设置双拼钢支撑。

钢支撑均采用直径A609mm，壁厚16 mm的钢管。

为加强基坑的稳定性，在5个大的拐角处，设300厚C30混凝土角撑。

2 计算模型
基坑开挖完的模型如图2所示，模型共有29 816个单元，30 412个节点，2 465个梁单元，1 148个桩单元。

图2 基坑开挖完成后模型网格划分
基坑的开挖采用FLAC-3D有限元程序提供的“生”、“死”来进行处理，通过分次“杀死单元”或“激活单元”来模拟地层的开挖及支撑安设等工序的进行，并改变参数，分别分析不同因素对基坑变形的影响。

3 计算结果分析
3.1 地连墙厚度对变形的影响
在其他参数不变的情况下将地连墙厚度取 0.4m、0.6m、0.8m、1.0m分别进行建模分析，计算上述深基坑开挖结束时的情况，得出不同厚度地连墙的位移变化值，如图3所示。

图3 不同墙厚下墙体水平位移
由图3中位移随深度的变化曲线可以看出:当地连墙厚度从0.4 m增加到0.6 m时，地连墙的水平位移减小显著，当地连墙厚度从0.6 m增加到0.8 m，再从0.8 m
增加到1.0 m时，水平位移减小的幅度降低。

因此，增加地连墙厚度可以显著减
小墙体的水平位移，但当地连墙厚度增加到一定程度时，再通过增加墙体厚度来减小位移的作用不大。

3.2 第一道内支撑刚度对变形的影响
第一道内支撑在基坑开挖过程中承受的轴力并不是很大，而且随着第二道内支撑施工完成后，第一道内支撑轴力开始降低，并且在基坑开挖后期几乎不再承受轴力，那么内支撑的刚度对于地连墙的水平变形应该不是很明显。

下面将分四种情况讨论第一道混凝土内支撑截面面积从0.25A到2A的变化对地连墙变形的影响，其中情况3代表的是正常的截面面积。

表2 四种情况下各道支撑的截面面积情况序号第一道内支撑面积第二、三、四、
五道内支撑截面面积情况 1 0.25A1 A2情况 2 0.56A1 A2情况3 A1 A2情况4
2A1 A2
图4 第一道内支撑刚度变化下墙体的水平位移
图4是上述四种情况下地连墙最后的水平位移曲线。

从这个图可以看出，四种情
况下地连墙的最后水平位移几乎相同，最大值和最小值相差很小。

因此，第一道内支撑加上预应力后，不论其刚度是大还是小，对地连墙水平位移均较小。

3.3 土体模量的影响
为了研究土体模型变化对支护体系变形的影响，取三种不同的土体模量来分析，分别取原来数据的0.5倍和2倍进行计算。

有限元计算后地连墙的水平位移结果如图5所示。

图5 不同土体模量下墙体水平位移
从图5中可以看出，地连墙的最大位移随着土体模量的增加而明显减小;土体模量减小，地连墙的最大位移也非常明显的增大，这说明土体的模量对地连墙水平位移的影响是显著的，土体的模量参数是影响基坑变形的主要参数，增加土体的模量，可以很好的控制基坑的变形，因此加固基坑的软弱土层是控制变形行之有效的法。

4 结论
依托实际工程，通过有限元软件FLAC-3D对影响基坑支护结构变形的影响因素进行了分析，得到了如下结论:
(1)增加地连墙厚度可以显著减小墙体的水平位移，但当地连墙厚度增加到一定程度时，再通过增加墙体厚度来减小位移的作用不大。

(2)第一道内支撑加上预应力后，不论其刚度是大还是小，对地连墙水平位移均较小。

(3)土体的模量对地连墙水平位移的影响是显著的，土体的模量参数是影响基坑变形的主要参数，增加土体的模量，可以很好的控制基坑的变形，因此加固基坑的软弱土层是控制变形行之有效的方法。

［ID:7942］
参考文献:
［1］王卫东，王建华.深基坑支护结构与主体结构相结合的设计、分析与实例［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007.
［2］唐孟雄，陈如桂，陈伟.深基坑工程变形控制［M］.北京:中国建筑工业出版社，2006.
［3］王建华，徐中华，陈锦剑，王卫东.上海软土地区深基坑连续墙的变形特性浅
析［J］.地下空间与工程学报，2005.
［4］徐中华，王建华，王卫东.上海地区深基坑工程中地下连续墙的变形性状［J］.
［5］Peck R B.Deep excavation and tunneling in soft ground［C］
//Proceedings of the 7th international conference on soil mechanics and foundation engineering.Mexico City:State-of-the-Art-Volume，1969:225-290.
［6］Clough G W，O’Rou rke T D.Construction induced movements of in situ wall［C］Proceedings of ASCE conference on design and performance of earth retaining structures.New York:Geotechnical Special Publication，No.25，1990:439-470.
［7］Long M.Database for retaining wall and ground movements due to deep excavations［J］.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2001，127(3):203-224.
［8］江晓峰，刘国彬，张伟立，李翔宇.基于实测数据的上海地区超深基坑变形特性研究［J］.岩土工程学报，2010，32(Z2).
［9］贺俊，杨平，张婷.复杂条件下深基坑施工变形控制及周边环境监测分析［J］.铁道建筑，2010，(7).。