基于Plaxis考虑地面硬化后的基坑稳定性分析
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基于Ｐ ｌ ａ ｘ ｉ ｓ 考虑地 面硬化 后的基坑稳 定性分析
田海滨 高春雷 唐晓焰 张建波
云 南建投 基础 工 程 有 限责 任 公 司 云南 昆明 ６ ５ ０ ５ ０ １
摘要 ：结合云南省 玉溪市某棚户 区改造项 目的基坑 支护工程实际 ．使用有限元软件分析基坑顶地 面硬 化后 对基坑 整体 稳定 性的影响。根据基坑开挖过程中的客观 因素 ，在参 照基坑支护施 工图 的前提下对开挖方案进行调 整 ．并引入有 限
ＴＩ ＡＮ Ｈａ ｉ ｂ ｉ ｎ ＧＡＯ Ｃｈ ｕ ｎ ｌ ｅ ｉ Ｔ ＡＮＧ Ｘｉ ａ ｏ ｙ ａ ｎ ＺＨＡＮＧ Ｊ ｉ ａｎ ｂ ｏ
Ｙ ＣＩ Ｈ Ｆ ｏｕｎ ｄａ ｔ ｉ ｏｎ Ｅ ｎｇ ｉ ｎ ｅｅ ｒ ｉ ｎｇ Ｃ ｏ． ，Ｌ ｔ ｄ． ，Ｋ ｕｎ ｍｉ ｎｇ ，Ｙ ｕｎ ｎａ ｎ ６５ ０５ ０１ ，Ｃｈ ｉ ｎａ
地 面 需要破 除 ，考虑 到 工程 进度 及破 除 道路对 土 方运 输 的 影 响 ，１ ０ — １ ０ 剖面 实际采 用坡 比为 ｌ ： １ ． ０ 自然放 坡 ，基坑开
挖 至底 ，基 坑 整体 安全 ，第 三 方监 测数 据显 示基 坑变 形满 足规 范要 求 ， 由此 推测 地面 硬化 对 基坑 稳定 性有 影 响 ，限
图２ 基坑几何模型
８ ４ 口２ ０ １ ７ ・ １ ２ ・ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｏ ｏ ｎ ｓ ｌ ｒ ｕ ｃ ｆ ｉ ｏ ｎ
田 海 滨 高 春 雷 唐 晓 焰 张 建 波 ： 基于Ｐ ｌ ａ ｘ ｉ ｓ 考 虑 地 面 硬 化 后 的 基 坑 稳 定 性 分 析
于 目前普 遍采 用 的单 元计 算软件 难 以模 拟该 计算 模 型 ，本
文将引入通 用岩 土有 限元软件Ｐ ｌ ａ ｘ ｉ ｓ 来验 证这个 推测…。
２ 有限元模 型建立
有 限 元 计 算 模 型 根 据 开 挖 工 况 模拟 基 坑 开 挖 过 程 ， 该模型 采用 一 个宽４ ０ ｍ 、高 １ ３ Ｉ ｎ 的 几何模 型 （ 考虑 地 面硬 化 ）来模拟 （ 图２ ）。地面 硬化用 板单元 来模拟 ，开挖 施工 根 据项 目岩土 工程 详细 勘 察报 告 ，场地 内地 基土 主要 分３ 个 阶段进 行 ，模 型 中采 用几何 直线划 分阶段 ，采 用标准 固定边界来 给 出适 当 的边 界条件 。
质 情况 及开 挖深 度划 分剖 面 ，将 整个基 坑 划分 为 １ ３ 个 剖面 进 行支护 ，本文主 要探讨 的是 １ ０ 一 ｌ ０ 剖面 。 基坑 支护 坡顶 面为 工程 施工 前 已形 成 的连 接 市政 主干 道 与项 目部 的通 道 ，且 临时 作为 土方 运输 的施 工道 路 ，据 了解 ，地面 硬化 采用混凝 土浇筑 ，浇筑 厚度约０ － ３ ｍ。 基坑 支护 设计方 案 中１ ０ ～ ｌ ０ 剖 面采 用坡 比为 ｌ：１ ． １ 的自 然 放坡 ，坡 顶线 水平 影响范 围 内约有 １ ． ０ ｍ共计５ ６ ｍ 的硬化
此 时 ，这 一 深 度 的开 挖 处 于 水 位 以上 ：第 ３ 工 序 继 续 对基
坑 采 用 分层 开挖 ，开挖 基 坑 内 的② ｌ 层 粉 质黏 土 及② ３ 层 圆 砾 ，开挖 深度 为一 ４ ． ５ ０ Ｅ ｌ ，这 一工 序包 括 降水 ，要 进 行地 下
水渗流 计算 ，以得 出新 的孔 隙水压 分布 ；第４ 工序 最终 开挖 到 基 坑底 ，基坑 开挖 工 序 设定 加 载类 型 为分 步 施１： ，定义 所 有 的计算 工序为 塑性 分析 。
元深入分析调整施工方案的可行性。通过对比计算 与分析 ，得出在不考虑硬化后地面 的自重及行车动荷载的影响时 ，
基坑顶部地面硬化后对基坑整体 稳定性有一定影响的结论。 关键词 ：基坑支护 ；地面硬化 ；有限元分析 ；基坑稳定性 中图分类号 ：Ｔ Ｕ１ ７ 文献标志码 ：Ａ Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． １ ４ １ ４ ４ ／ ｊ ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｊ ｚ ｓ ｇ ． ２ ０ １ ７ ． １ ２ ． ０ ５ ０
３ 有限元计算分析
３ ． １ 计 算工序
本 项 目基 坑 顶 面 起 伏 大 ， 计 算 中对 坑 顶 面进 行 了简 化 ，有 限元 计 算 由４ ４ ＂ 工 序 组 成 ：第 １ 工序 进 行地 面 硬 化
（ 板 ）施 工 并 激 活 地 面 荷载 ：第 ２ 工 序 对 基坑 进 行 分 层 开
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐｉ ｔ Ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｐｌ ａ ｘ ｉ ｓ Ａｆ ｔ ｅ ｒ
Ｇｒ ｏ ｕ ｎｄ Ｈａ ｒ ｄ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
组链 １ 为地面 Ａ硬化 （ 板单元 ） Ａ
为①１ 杂填土、②１ 粉质黏土、②２ 粉砂、②３ 圆砾。 １ ． ２ 基坑支护结构 设计
基 坑 设计 周 长全 长 约９ １ ５ ｍ， 基 坑 开 挖 最 深 处 为 ７ ． １ ５ ｍ，总 体采 用 “ 土钉 墙 ＋放 坡 ”的支护 形 式 。根 据地
挖 ，开挖 基 坑 内最上 层 的人 工填 土 ，开挖 深度 为一１ ． ５ ０ Ｉ ｌ ｌ ，
几步 的计 算 大体 给 出 一个 常值 的 ２ Ｍ ，就 将其 定 义 为 安全
系数 （ 式 （ ３ ） ）。
安全 系数：
：Ｚ Ｍ 。 （ ３ ） ｔ ａ ｎｇ ） ，
通 过 上述 原 理 ，计算 中通过 增 加一 个工况 来计 算 坑 开 挖至 基坑 底 的安全 系数 。 根 据 计 算 结 果 ， 基 坑 行 挖 到 底 的 安 全 系 数 满 足
田海滨 高春雷 唐晓焰 张建波
云 南建投 基础 工 程 有 限责 任 公 司 云南 昆明 ６ ５ ０ ５ ０ １
摘要 ：结合云南省 玉溪市某棚户 区改造项 目的基坑 支护工程实际 ．使用有限元软件分析基坑顶地 面硬 化后 对基坑 整体 稳定 性的影响。根据基坑开挖过程中的客观 因素 ，在参 照基坑支护施 工图 的前提下对开挖方案进行调 整 ．并引入有 限
ＴＩ ＡＮ Ｈａ ｉ ｂ ｉ ｎ ＧＡＯ Ｃｈ ｕ ｎ ｌ ｅ ｉ Ｔ ＡＮＧ Ｘｉ ａ ｏ ｙ ａ ｎ ＺＨＡＮＧ Ｊ ｉ ａｎ ｂ ｏ
Ｙ ＣＩ Ｈ Ｆ ｏｕｎ ｄａ ｔ ｉ ｏｎ Ｅ ｎｇ ｉ ｎ ｅｅ ｒ ｉ ｎｇ Ｃ ｏ． ，Ｌ ｔ ｄ． ，Ｋ ｕｎ ｍｉ ｎｇ ，Ｙ ｕｎ ｎａ ｎ ６５ ０５ ０１ ，Ｃｈ ｉ ｎａ
地 面 需要破 除 ，考虑 到 工程 进度 及破 除 道路对 土 方运 输 的 影 响 ，１ ０ — １ ０ 剖面 实际采 用坡 比为 ｌ ： １ ． ０ 自然放 坡 ，基坑开
挖 至底 ，基 坑 整体 安全 ，第 三 方监 测数 据显 示基 坑变 形满 足规 范要 求 ， 由此 推测 地面 硬化 对 基坑 稳定 性有 影 响 ，限
图２ 基坑几何模型
８ ４ 口２ ０ １ ７ ・ １ ２ ・ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｏ ｏ ｎ ｓ ｌ ｒ ｕ ｃ ｆ ｉ ｏ ｎ
田 海 滨 高 春 雷 唐 晓 焰 张 建 波 ： 基于Ｐ ｌ ａ ｘ ｉ ｓ 考 虑 地 面 硬 化 后 的 基 坑 稳 定 性 分 析
于 目前普 遍采 用 的单 元计 算软件 难 以模 拟该 计算 模 型 ，本
文将引入通 用岩 土有 限元软件Ｐ ｌ ａ ｘ ｉ ｓ 来验 证这个 推测…。
２ 有限元模 型建立
有 限 元 计 算 模 型 根 据 开 挖 工 况 模拟 基 坑 开 挖 过 程 ， 该模型 采用 一 个宽４ ０ ｍ 、高 １ ３ Ｉ ｎ 的 几何模 型 （ 考虑 地 面硬 化 ）来模拟 （ 图２ ）。地面 硬化用 板单元 来模拟 ，开挖 施工 根 据项 目岩土 工程 详细 勘 察报 告 ，场地 内地 基土 主要 分３ 个 阶段进 行 ，模 型 中采 用几何 直线划 分阶段 ，采 用标准 固定边界来 给 出适 当 的边 界条件 。
质 情况 及开 挖深 度划 分剖 面 ，将 整个基 坑 划分 为 １ ３ 个 剖面 进 行支护 ，本文主 要探讨 的是 １ ０ 一 ｌ ０ 剖面 。 基坑 支护 坡顶 面为 工程 施工 前 已形 成 的连 接 市政 主干 道 与项 目部 的通 道 ，且 临时 作为 土方 运输 的施 工道 路 ，据 了解 ，地面 硬化 采用混凝 土浇筑 ，浇筑 厚度约０ － ３ ｍ。 基坑 支护 设计方 案 中１ ０ ～ ｌ ０ 剖 面采 用坡 比为 ｌ：１ ． １ 的自 然 放坡 ，坡 顶线 水平 影响范 围 内约有 １ ． ０ ｍ共计５ ６ ｍ 的硬化
此 时 ，这 一 深 度 的开 挖 处 于 水 位 以上 ：第 ３ 工 序 继 续 对基
坑 采 用 分层 开挖 ，开挖 基 坑 内 的② ｌ 层 粉 质黏 土 及② ３ 层 圆 砾 ，开挖 深度 为一 ４ ． ５ ０ Ｅ ｌ ，这 一工 序包 括 降水 ，要 进 行地 下
水渗流 计算 ，以得 出新 的孔 隙水压 分布 ；第４ 工序 最终 开挖 到 基 坑底 ，基坑 开挖 工 序 设定 加 载类 型 为分 步 施１： ，定义 所 有 的计算 工序为 塑性 分析 。
元深入分析调整施工方案的可行性。通过对比计算 与分析 ，得出在不考虑硬化后地面 的自重及行车动荷载的影响时 ，
基坑顶部地面硬化后对基坑整体 稳定性有一定影响的结论。 关键词 ：基坑支护 ；地面硬化 ；有限元分析 ；基坑稳定性 中图分类号 ：Ｔ Ｕ１ ７ 文献标志码 ：Ａ Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． １ ４ １ ４ ４ ／ ｊ ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｊ ｚ ｓ ｇ ． ２ ０ １ ７ ． １ ２ ． ０ ５ ０
３ 有限元计算分析
３ ． １ 计 算工序
本 项 目基 坑 顶 面 起 伏 大 ， 计 算 中对 坑 顶 面进 行 了简 化 ，有 限元 计 算 由４ ４ ＂ 工 序 组 成 ：第 １ 工序 进 行地 面 硬 化
（ 板 ）施 工 并 激 活 地 面 荷载 ：第 ２ 工 序 对 基坑 进 行 分 层 开
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐｉ ｔ Ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｐｌ ａ ｘ ｉ ｓ Ａｆ ｔ ｅ ｒ
Ｇｒ ｏ ｕ ｎｄ Ｈａ ｒ ｄ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
组链 １ 为地面 Ａ硬化 （ 板单元 ） Ａ
为①１ 杂填土、②１ 粉质黏土、②２ 粉砂、②３ 圆砾。 １ ． ２ 基坑支护结构 设计
基 坑 设计 周 长全 长 约９ １ ５ ｍ， 基 坑 开 挖 最 深 处 为 ７ ． １ ５ ｍ，总 体采 用 “ 土钉 墙 ＋放 坡 ”的支护 形 式 。根 据地
挖 ，开挖 基 坑 内最上 层 的人 工填 土 ，开挖 深度 为一１ ． ５ ０ Ｉ ｌ ｌ ，
几步 的计 算 大体 给 出 一个 常值 的 ２ Ｍ ，就 将其 定 义 为 安全
系数 （ 式 （ ３ ） ）。
安全 系数：
：Ｚ Ｍ 。 （ ３ ） ｔ ａ ｎｇ ） ，
通 过 上述 原 理 ，计算 中通过 增 加一 个工况 来计 算 坑 开 挖至 基坑 底 的安全 系数 。 根 据 计 算 结 果 ， 基 坑 行 挖 到 底 的 安 全 系 数 满 足