嵌岩桩建筑物与地铁深基坑施工的相互影响

嵌岩桩建筑物与地铁深基坑施工的相互影响
郭晓刚1,武卫星1,孙冠华2
(1.长江勘测规划设计研究有限责任公司,武汉430010; 2.中国科学院武汉岩土力学研究所,武汉430071)
摘要:以武汉地铁名都站为工程实例,建立了地铁车站深基坑施工过程与近距离高层建筑物相互影响的计算分析模型。

计算结果表明,车站深基坑施工将引起嵌岩桩高层建筑物的不均匀沉降,但影响不大;而高层建筑物嵌岩桩对基坑开挖的稳定性是有利的。

关键词:嵌岩桩,高层建筑物,地铁车站,深基坑,相互影响
中图分类号:T U473文献标识码:B文章编号:1004-3152(2011)01-001-03
1引言
武汉市轨道交通二号线名都站主体基坑现已进行开挖,距开挖边界15m处为保利华都29层主楼,该主楼为筏板基础,基础桩为桩径1.0m~ 1.8m的人工挖孔端承桩,持力层为灰岩或灰岩与泥岩互层,入岩深度大于1m。

车站基坑开挖深度达18m~ 19m,继续开挖对保利华都主楼有多大程度的影响,是施工过程中最需要明确的。

本文采用有限元方法,计算分析了车站深基坑施工过程的稳定性及其与保利华都主楼的相互影响。

2工程概况
名都站规划宽度30m。

在基坑开挖深度两倍范围内,北侧分布有若干低矮建筑和在建的保利华都;南侧分布有两栋5~6层的宿舍楼,条型浅基础,距基坑开挖线约7m~8m。

车站附近车流量较大;沿主干道两侧的慢车道、人行道上分布有光缆、路灯线、污水管道、自来水管道、天然气管道。

名都站为地下两层岛式车站,按八辆编组土建预留车站总长度为241.3m。

车站选用10m站台单柱两跨两层矩形框架结构,标准段结构外包尺寸为18.90m@13.31m,有效站台中心线处主体基坑底板埋深18.6m,按照有关技术规范和规定,本站基坑支护工程安全等级为一级,重要性系数1.1,地面最大沉降量和围护结构最大水平位移均不得大于40m m。

主体围护结构采用钻孔灌注桩,围护结构的水平受力体系采用5609钢管内支撑。

钻孔灌注桩桩径1.0m,桩中心距1.3m。

场区属剥蚀垄岗、残丘地貌单元,总体地形平坦,局部略有起伏,地面标高30.2m~34.3m,相对高差4.1m。

地层自上而下主要为第四系人工填土层(Q ml)、第四系中更新统冲积层(Q al2)、第四系中更新统冲洪积层(Q al+pl
2),下伏基岩为三叠系下统大冶组(T1d)灰岩、钙质泥岩。

3深基坑施工过程模拟
由于地铁站开挖前保利华都主楼主体结构已经完工,因此工程区域内的初始应力场是由保利华都主楼和岩土体自重引起的。

该主楼有两层地下室,地面以上的重力等效荷载每层约12kPa。

依据详勘报告,有限元计算中所需岩土材料参数如表1所示。

基坑支护材料依据主体围护结构施工图选取和计算,见表2。

表1中的变形模量E0由
表1岩土材料参数
岩土材料
重度
(kN/m3)
压缩模量
(M Pa)
泊松
比
粘聚力
(kPa)
摩擦角
(b)
粉质粘土19.9130.353912粘土18.9140.352410粘土夹砾石19.7120.352812粉质粘土夹砾石17.9110.352010灰岩26.7180000.22200054.5
混凝土25300000.2
收稿日期:2010-01-12
作者简介:郭晓刚,男,高工。

压缩模量E s 换算得来。

E 0和E s 的理论关系式表明[1],Eo <E s 。

但是,试验结果表明E 0>E s ,原因可能是该理论公式是基于线弹性假设推导的。

根据文献[2],武汉地区老粘土的经验关系式为:E 0U 2.25E s 。

故本计算采用此式。

表2 基坑支撑材料参数
支撑材料弹性模量(GPa)泊松比剪切模量(GPa)面积(m 2)惯性矩(m 4)钢支撑第一道2060.304790.02230.0079钢支撑第二、三道
2060.30479
0.02580.0092侧桩3100.20.7850.049保利华都基桩
310
0.2
1.13
0.102
计算采用岩土工程专业有限元软件Phase2。

基坑围护桩及保利华都主楼基桩用Structur al In -terface 模拟,钢支撑采用Liner 模拟。

根据基坑及保利华都布局,建立分析模型(图1)。

在算得初始应力场后,将模型位移清零。

采用开挖后支撑立即发挥作用的原则,分析步骤如下
:
图1 有限元计算模型
¹开挖第一道钢支撑以上部分,安装第一道钢支撑;º开挖第一道和第二道钢支撑之间部分,安装第二道钢支撑;»开挖第二道和第三道钢支撑之间部分,安装第三道钢支撑;¼开挖第三道钢支撑和设计开挖面之间部分,开挖完毕;½浇筑底板;¾拆除第三道支撑,浇筑侧墙、立柱;¿浇筑中板;À拆除第二道支撑,浇筑侧墙、立柱;Á浇筑顶板;Â拆除第一道支撑,回填覆土。

4 基坑稳定性计算与分析
整个施工过程中,最大水平位移发生在开挖完毕的基坑底部远建筑物侧,最大水平位移值为15.7mm ,最大竖向位移也发生在开挖完毕的基坑底部
远建筑物侧,最大竖向位移值为29.85m m,最大总位移发生在开挖完毕的基坑底部远建筑物侧,最大
总位移值为33.1mm 。

水平位移均小于一级基坑设计要求(40m m)。

基坑两侧最大水平位移点的水平位移值随施工过程变化趋势如图2所示。

基坑底部最大隆起位置的位移随施工过程变化趋势如图3所示。

图4
为开挖完毕时位移矢量图。

图2 施工
过程中基坑两侧水平位移最大值变化趋势
图3 施
工过程中基坑底部位移最大值变化趋势
图4 开挖完毕时基坑位移矢量图
5 车站施工与29层主楼的相互影响
基坑开挖过程中对周围建筑物的影响如何?特别是基坑旁的保利华都主楼有29层,施工必引起该主楼的不均匀沉降。

从计算结果来看,基坑开挖对主楼影响不大。

主楼上升侧与下降侧的位移发展趋势见图5。

其倾斜率发展趋势见图6。

可以看出,前两步开挖对主楼影响较大,以后趋于平稳,而到地下结构开始施工需要拆除钢支撑时,对该建筑的倾斜程度的影响则又一次加大。

然而,整个基坑开挖过程中,主楼倾斜度最大为0.166j ,都在可控范围内。

2土 工 基 础 2011
图5
施工过程中保利华都主楼两侧位移发展趋势
图6 施工过程中保利华都主楼倾斜率发展趋势 以上我们分析了车站施工对保利华都主楼稳定性的影响。

然而,作用是相互的,该主楼对车站施工势必也有一定影响。

那么,假设主楼不存在,车站施工会如何呢?如以上两个模型,各种计算条件不变,只将保利华都除去。

将计算结果进行对比,开挖完毕时各指标的数据如表3所示。

其中的影响程度(按百分比表述)采用式(1)计算:
表3 开挖完毕阶段两种计算条件下各项结果
计算指标
建筑物存在建筑物不存在影响程度(%)侧壁最大水平位移(mm )10.711.3 5.31基坑底最大竖向位移(mm )
19.819.90.50最大总位移(m m)22.923.00.43第一道支撑轴力(k N)333.53309.67.73第二道支撑轴力(k N)1233.731200.775 2.74第三道支撑轴力(k N)
1261.55
1254.050.598近建筑物侧桩最大弯矩(k N #m )732.108737.2820.702远建筑物侧桩最大弯矩(k N #m )1124.617
1101.997
2.05
影响程度=
|建筑物存在条件下的结果-建筑物不存在条件下的结果|
建筑物不存在条件下的结果
@100%
(1)
显然,该影响程度不大。

从另一方面来讲,由于该主楼的基桩为嵌岩桩,该楼的存在对于基坑的稳定性是有利的。

6 小结
综上所述,名都车站施工过程总体是稳定的。

(1)由于保利华都主楼的存在,名都车站基坑靠近该主楼侧的位移小于另一侧;高层建筑物嵌岩桩的存在对基坑的稳定性是有利的。

(2)名都车站深基坑开挖施工引起保利华都主楼的不均匀沉降很小,满足规范要求。

其中,较大的影响主要发生在初始开挖阶段和拆除钢支撑阶段。

参
考
文
献
[1] 高大钊,袁聚.土质学与土力学(第三版)[M ].北京:人民交通出版,2001
[2] 舒武堂,李国胜,蒋涛.武汉地区淤泥质软土、粘性土的压缩模
量与变形模量的相关关系[J].岩土工程界,Vol.7,No.7
Interaction Analyses Between Rock -socketed Pile Structure
and Deep Foundation Pit Excavation of Subway
GU O Xiao gang 1
,WU Wei x ing 1
,SU N Guan hua
2
(1.Changjian g Su rvey,Plann ing,Des ign and Research C o.,Ltd,W uhan 430010;2.In stitute of Rock and Soil M echanics,Chin ese Academy of Sciences,Wu han 430071,China)
Abstract Based on M ingdu metr o statio n of W uhan as a pr oject case,the simulating model was co nst ructed and the interaction betw een the hig h -rise structure w ith ro ck -socketed pile at clo se range and the deep foundation pit ex cavation o f metro station was analy zed.Results show ed that the differential settlement o f hig h -r ise str ucture wit h ro ck -socketed pile w as influenced by the co nstr uction of deep foundation pit excavat ion of metr o statio n,but the influence w as no t significant.T her efor e,the r ock -so cketed pile w as beneficial to the stabilit y of t he deep fo undat ion pit excav ation.
Key words r ock -so cketed pile,high -rise str ucture,subwa y statio n,deep foundatio n pit,interaction
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第1期 郭晓刚等:嵌岩桩建筑物与地铁深基坑施工的相互影响。