葫蘆形錨碇基坑地下連續(xù)墻開挖階段變形規(guī)律研究

凌李華, 吳 欣, 董 城

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410015； 2.湖南省交通科學(xué)研究院, 湖南 長(zhǎng)沙 410015)

葫蘆形錨碇基坑地下連續(xù)墻開挖階段變形規(guī)律研究

凌李華1, 吳 欣2, 董 城2

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410015； 2.湖南省交通科學(xué)研究院, 湖南 長(zhǎng)沙 410015)

葫蘆形地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)在世界上沒有太多工程與理論經(jīng)驗(yàn)，屬于地下連續(xù)墻的難點(diǎn)工程。通過有限元計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析，揭示了葫蘆形地下連續(xù)墻在基坑開挖過程的變形規(guī)律，為后續(xù)同類型工程提供參考。

葫蘆形錨碇； 地下連續(xù)墻； 變形規(guī)律

0 引言

葫蘆形地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)在圓形地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，利用圓拱形支護(hù)結(jié)構(gòu)的所特有的的“拱效應(yīng)”抵抗周圍土體產(chǎn)生的土壓力，使深基礎(chǔ)支護(hù)的結(jié)構(gòu)受力要求與施工實(shí)際的需求得到滿足。但即葫蘆形地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)因中間隔墻影響了圓形地下連續(xù)墻的整體性，使得不對(duì)稱的葫蘆形結(jié)構(gòu)的受力更加復(fù)雜，這在世界上也沒有太多工程與理論經(jīng)驗(yàn)，屬于地下連續(xù)墻的難點(diǎn)工程。因此很有必要借助于有限元軟件，建立三維模型并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來分析地連墻結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律。

1 工程背景

某大橋錨碇基礎(chǔ)為支護(hù)開挖深埋擴(kuò)大基礎(chǔ)，基坑采用地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，墻厚1.2 m，平面布置采用與錨體相匹配的葫蘆形，由兩個(gè)不相等半徑的圓弧組成，小圓半徑28 m，大圓半徑32 m，順橋向全長(zhǎng)98 m，墻高26～35 m。

中間設(shè)置一道隔墻，由隔墻將基礎(chǔ)分隔成錨碇前、后倉兩大部分。地連墻內(nèi)側(cè)沿豎向設(shè)置不等厚的內(nèi)襯支護(hù)。地連墻施工完成后，采用逆作法分層開挖土體，分9層施工內(nèi)襯。內(nèi)襯及土體分層高度為3.0 m(深度18.0 m以下層高為2.5 m )。采用島式開挖法分區(qū)進(jìn)行對(duì)稱開挖并澆筑內(nèi)襯混凝土。外側(cè)地連墻內(nèi)襯從上向下依次為:基礎(chǔ)頂面以下0～9 m深度內(nèi)厚1.5 m, 9～18 m深度內(nèi)厚2.0 m，超過18 m深度厚2.5 m，中間隔墻處地連墻兩側(cè)豎向各設(shè)1.2 m厚內(nèi)襯(見圖1、圖2)。

圖1 地連墻及內(nèi)襯平面圖(單位： cm)Figure 1 Underground continuous wall and lining the floor plan(unit: cm)

圖2 地連墻及內(nèi)襯立面圖(單位： cm)Figure 2 Underground continuous wall and lined with elevation(unit:cm)

2 計(jì)算模型

考慮到分析對(duì)象的對(duì)稱性，取支護(hù)體系的一半建立有限元模型，即南北沿橋中軸線將支護(hù)結(jié)構(gòu)體系剖開。根據(jù)地下連續(xù)墻的實(shí)際規(guī)模，同時(shí)為了減小邊界條件對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生的影響，計(jì)算域取266 m ( 長(zhǎng) )×116 m ( 寬 )。其中，開挖面外側(cè)寬度為84 m，是基坑開挖深度的3倍 。計(jì)算域及單元?jiǎng)澐謩e見圖3、圖4。

按照施工順序?qū)⒒娱_挖過程分為11個(gè)工況，見表1。

圖3 總體三維模型圖Figure 3 The overall 3 d model diagram

圖4 地連墻及其內(nèi)襯模型圖Figure 4 The underground continuous wall and its lining model diagram

表1 計(jì)算工況表Table1 Tablecalculationconditions編號(hào)工況說明編號(hào)工況說明1初始應(yīng)力分析2開挖第1層土體3開挖第2層土體，澆筑第1層內(nèi)襯4開挖第3層土體，澆筑第2層內(nèi)襯5開挖第4層土體，澆筑第3層內(nèi)襯6開挖第5層土體，澆筑第4層內(nèi)襯7開挖第6層土體，澆筑第5層內(nèi)襯8開挖第7層土體，澆筑第6層內(nèi)襯9開挖第8層土體，澆筑第7層內(nèi)襯10開挖第9層土體，澆筑第8層內(nèi)襯11澆筑第9層內(nèi)襯

3 計(jì)算結(jié)果

地下連續(xù)墻的位移變化反映了基坑開挖過程中墻體與土體之間的相互作用關(guān)系，尤其是其水平方向的位移。GTS分析地下連續(xù)墻的水平位移結(jié)果如圖5～圖8所示，正負(fù)號(hào)如圖中坐標(biāo)軸所示。

根據(jù)以上墻體水平位移情況圖，在考慮收縮徐變的情況下，墻體水平位移最大值發(fā)生在大圓側(cè)圓弧與橋軸線夾角90°處。基坑開挖的前7個(gè)工況，最大水平位移發(fā)生位置逐步下移，從第7個(gè)工況開始最大水平位移位置不再變化，但最大水平位移值逐漸增加，根據(jù)程序計(jì)算書，圖9所示為墻體每個(gè)工況X、Y、Z方向的最大位移值。整個(gè)開挖過程X、Y、Z最大位移值分別為1.43、-2.02、0.61 mm，出現(xiàn)在第11工況。

圖5 開挖第一層水平位移Figure 5 Excavation horizontal displacement on the ground floor

圖6 開挖第四層水平位移Figure 6 Excavation layer 4 horizontal displacement

圖7 開挖第七層水平位移Figure 7 Excavation layer 7 horizontal displacement

圖8 澆筑第九層內(nèi)襯水平位移Figure 8 Excavation layer 9 horizontal displacement

圖9 墻體各工況最大位移值Figure 9 Working condition of the maximum displacement of wall

4 實(shí)測(cè)與理論對(duì)比

表2中理論計(jì)算值根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)溫度情況進(jìn)行了修正。水平位移測(cè)量的誤差為±1 mm,單層土體開挖最大水平位移理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)差值除第一層外均小于1 mm,理論值于實(shí)測(cè)值相符。

表2 單層土體開挖最大水平位移變化表Table2 Single?layersoilexcavationmaximumhorizontaldisplace?mentchangetable開挖層數(shù)單層理論計(jì)算值/mm單層實(shí)測(cè)值/mm101601820203330320484062085042047606408670721078～10074087

實(shí)測(cè)值與計(jì)算值變化趨勢(shì)相同(見圖10)，實(shí)測(cè)值均略大于計(jì)算值，其主要原因?yàn)椋旱剡B墻墻體間并無橫向鋼筋聯(lián)系，墻體實(shí)際剛度小于理論計(jì)算剛度。

圖10 累計(jì)最大水平位移對(duì)比圖Figure 10 Accumulated maximum horizontal displacement contrast figure

5 結(jié)論

① 基坑開挖過程中墻體最大水平位移出現(xiàn)在大圓側(cè)與橋軸線夾角90°位置，最大位移量隨著基坑開挖深度增加而增加。

② 基坑開挖前期，隨著開挖深度增加，墻體最大水平位移出現(xiàn)位置逐步下降。從第7工況開始，最大水平位移出現(xiàn)位置下降至地面以下9 m，即1.5 m厚內(nèi)襯與2 m厚內(nèi)襯交接處時(shí)，不再隨著開挖深度增加而下降。

③ 實(shí)測(cè)累計(jì)最大位移較理論計(jì)算值偏大，考慮到地連墻墻體間并無橫向鋼筋聯(lián)系，理論計(jì)算時(shí)墻體剛度應(yīng)做適當(dāng)折減。

④ 溫度是影響墻體變形的重要因素，實(shí)際工程中理論數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際溫度變化進(jìn)行修正。

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LING Lihua1, WU Xin2, DONG Cheng2

(1.Changsha University of Science and Technology , Changsha, Hunan 410015, China; 2.Hunan Communications Research Institute, Changsha, Hunan 410015, China)

the form of underground continuous wall structure without too much experience in engineering and theory in the world, the difficulties of Engineering belongs to the underground continuous wall. Compared with the measured results by the finite element calculation analysis, reveals the gourd shape of the underground continuous wall in the deformation law of foundation pit excavation process, provide reference for subsequent similar engineering.

gourd shaped anchor; underground continuous wall; deformation law

2015 — 05 — 14

湖南省交通科技項(xiàng)目(201310)

凌李華(1991 — )，男，湖南長(zhǎng)沙人，博士研究生：主要從事橋梁結(jié)構(gòu)工程研究。

U 455.45+2

A

1674 — 0610(2016)06 — 0036 — 03