試析格型地下連續(xù)墻基坑施工階段的側(cè)向變形問(wèn)題

吳芝澤

[摘要]本文以有限元模型的建立方法對(duì)深基坑逆作法開挖工程做了簡(jiǎn)要的分析探討，并對(duì)不同開挖階段的相關(guān)地下位移做了有限元計(jì)算與實(shí)測(cè)對(duì)比，尤其是地下連續(xù)墻的側(cè)向位移，然后據(jù)此對(duì)于基坑連續(xù)墻的變形進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比分析，討論了其嵌入深度與墻體位移之間的關(guān)系，希望所得結(jié)論能夠?qū)τ诟裥偷叵逻B續(xù)墻基坑施工有一定的參考意義。

[關(guān)鍵詞]格型地下連續(xù)墻；基坑施工；側(cè)向變形

文章編號(hào)：2095-4085（2016）05-0085-02

目前的建筑工程越來(lái)越受到人們的關(guān)注，其規(guī)模也隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而日趨擴(kuò)大，其中地下工程也隨之增多，地下連續(xù)墻基坑的深度、面積等方面也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。在這種大背景條件下，采用先進(jìn)科學(xué)的正確分析方法分析基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)性狀，對(duì)于保證基坑工程的安全，與周圍環(huán)境相互契合具有重要的意義。格型地下連續(xù)墻深基坑的開挖工程十分復(fù)雜，其變形監(jiān)測(cè)成為了施工保障的重要內(nèi)容。本文以筆者實(shí)際工作的基坑開挖工程為研究背景，對(duì)施工工程進(jìn)行了模型建立，對(duì)比了有限元值的監(jiān)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果，分析了格型地下連續(xù)墻在基坑施工過(guò)程中的側(cè)向位移變化。

1.工程概況

本格型地下連續(xù)墻深基坑開挖工程中，基坑深有25m，共三層，以水平結(jié)構(gòu)板和豎向樁柱作為基坑開挖的水平與垂直支撐結(jié)構(gòu)，并作為地下室的外墻結(jié)構(gòu)，兩邊的地下連續(xù)墻深度分別是45.5m和40.5m。施工時(shí)，我們將地上站臺(tái)結(jié)構(gòu)與地下的基坑結(jié)構(gòu)共同工作，以由上而下的逆作方法進(jìn)行基坑的整體施工，地下連續(xù)墻共厚1.2m，使用的混凝土為C30等級(jí)；三層水平結(jié)構(gòu)板厚度從上到下依次是1.0m，0.6m，1.8m，負(fù)三層更是采用了600的鋼管進(jìn)行斜向支撐，底板之上的混凝土柱鋼管為1500，之下的樁為2200，樁的有效長(zhǎng)度為56m。

2.地連墻水平位移分析

對(duì)地下連續(xù)墻的水平位移進(jìn)行分析，需要從三個(gè)方面進(jìn)行分析。

（1）進(jìn)行實(shí)測(cè)結(jié)果與有限元值計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析。在地下連續(xù)墻基坑開挖施工開始后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)適當(dāng)?shù)男兜艋觾?nèi)原有的土壓力，而土壓力的不平衡性也會(huì)導(dǎo)致基坑壁發(fā)生一定的變形，從而產(chǎn)生基坑壁的位移，尤其隨著基坑深度的增加，維護(hù)墻體所受的壓力也隨之變化，產(chǎn)生不同程度的不同方向的位移。經(jīng)我們的有限元分析計(jì)算及實(shí)際施工監(jiān)測(cè)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在施工前期，由于降水或者是負(fù)一層的頂板支撐不足等問(wèn)題，產(chǎn)生了墻體上部的部分水平坑外位移，而隨著挖掘的進(jìn)行，其上部的坑外位移值越變?cè)叫。觾?nèi)位移值則相對(duì)的越變?cè)酱?，甚至其最大位移值已?jīng)多于20mm，由此我們認(rèn)為是降水初期，基坑墻體兩側(cè)的水位差異較小，而隨著降水增多，地下水隨著地形方向向基坑運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生針對(duì)墻體的基坑向內(nèi)水壓力，并呈現(xiàn)壓力逐漸增大的趨勢(shì)。在基坑開挖后，土體逐漸減少，缺乏坑內(nèi)土體荷載支撐的基坑也會(huì)在外側(cè)土體的壓力下，產(chǎn)生基坑內(nèi)部方向的相對(duì)位移。此外，地下連續(xù)墻在基坑底部的嵌固部分則相對(duì)很小，基本少于10mm的長(zhǎng)度。

（2）對(duì)不同位置的地下連續(xù)墻的側(cè)向變形進(jìn)行時(shí)程分析，即圍護(hù)墻隨著基坑施工而形成的位移變化。我們針對(duì)基坑圍護(hù)墻體的某一具體位置，繪制了其施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)程曲線，在地下連續(xù)墻的上端部位某點(diǎn)，在開挖之前的半程位移值經(jīng)測(cè)量顯示為負(fù)值，之后隨著開挖轉(zhuǎn)為正值，即開始為坑外方向的半程位移，之后為坑內(nèi)方向的半程位移；墻體下端的測(cè)量部位位移值變化則相對(duì)趨于平緩，其位移變化值也保持在5mm之下，其表明基坑的挖掘?qū)τ诘叵逻B續(xù)墻的坑下部分位移變形影響不大；相反，位移幅度變化較大的測(cè)點(diǎn)位于基坑中部，且基坑底部附近的圍護(hù)墻體測(cè)量點(diǎn)的位移變化也較為明顯。此外，隨著降水開挖的進(jìn)行，尤其是開挖40周之后，除墻體下部測(cè)點(diǎn)位移變化較小外，其它測(cè)點(diǎn)的位移變化都表現(xiàn)出了明顯增大的趨勢(shì)。

（3）對(duì)嵌入深度的墻體位移影響進(jìn)行分析。地下連續(xù)墻在基坑開挖過(guò)程中發(fā)生的水平位移變化受到施工方案、支撐力度與開挖時(shí)間等多種因素的影響，但嵌入深度的影響也尤為重要。為了方便對(duì)嵌入深度的影響分析，我們將計(jì)算時(shí)的墻體長(zhǎng)度設(shè)為32-48m的區(qū)間梯度，每個(gè)梯度相差2m，但由于地下連續(xù)墻在坑底之上大約有25m，所以，地下連續(xù)墻在其它參數(shù)不變的條件下，便有了不同的坑底嵌入深度。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，隨著嵌入深度的逐漸增加，基坑地連墻墻體的側(cè)向位移值逐漸減小，說(shuō)明為了增加基坑維護(hù)墻體的相對(duì)穩(wěn)定性，可以適當(dāng)?shù)脑黾拥剡B墻的基坑嵌入深度。最后，經(jīng)曲線分析發(fā)現(xiàn)，本基坑地下連續(xù)墻的合理嵌入深度應(yīng)為15～17m范圍內(nèi)，基本為基坑整體深度的0.6倍或0.7倍。

3.結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)際施工監(jiān)測(cè)結(jié)果與有限元模型的計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，在基坑施工時(shí)，地下連續(xù)墻呈現(xiàn)上部由坑外側(cè)向位移轉(zhuǎn)向坑內(nèi)，坑底偏上變形位移逐漸增大的趨勢(shì)；在施工規(guī)范的要求下，基坑地下連續(xù)墻的側(cè)向位移值隨著嵌入深度增加而減小，嵌入深度以基坑深度的0.6倍或0.7倍為宜；建模時(shí)應(yīng)充分的考慮模型的土體物理參數(shù)、支護(hù)墻體參數(shù)及支撐水平樓板的剛度等多種影響因素，使其盡可能的與實(shí)際施工相吻合。