不同深基坑開(kāi)挖與支護(hù)方式對(duì)地下通道變形的影響

李金萍

（晉江市路橋建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司，福建晉江362200）

1 引言

在城市化進(jìn)程推進(jìn)的背景下，地下空間開(kāi)發(fā)成為解決用地資源緊張問(wèn)題的重要突破口。地下空間普遍建設(shè)在城市核心區(qū)域的下方，不同深基坑開(kāi)挖與支護(hù)方式所創(chuàng)造的應(yīng)用效果具有差異性，且以地下通道的變形最為明顯。

2 工程概況

本工程所在建設(shè)區(qū)域?yàn)闉I海平原相地貌，通過(guò)鉆孔的方式揭露施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，共包含7 個(gè)層次，其在結(jié)構(gòu)特性、地層成因等方面都具有差異性，并且第②層和第⑤層的土質(zhì)更為特殊，均可細(xì)分為多個(gè)亞層。地基土類(lèi)型豐富，包含黏土、淤泥質(zhì)黏土等。

3 深基坑開(kāi)挖支護(hù)的方案

3.1 方案一：鉆孔灌注樁結(jié)合止水帷幕+水平內(nèi)支撐

以挖深為主要依據(jù)，配置合適規(guī)格的鉆孔管樁，發(fā)揮圍護(hù)樁的作用，于樁結(jié)構(gòu)外側(cè)設(shè)水泥土攪拌樁止水帷幕，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。灌注樁成型后，在其頂部配置壓頂梁，被動(dòng)區(qū)則設(shè)置雙軸水泥土攪拌樁，在其作用下實(shí)現(xiàn)有效加固。工程實(shí)踐表明，鉆孔灌注樁結(jié)合止水帷幕的方式取得廣泛應(yīng)用，其技術(shù)較為成熟，可充分發(fā)揮樁體結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，伴隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)，樁身強(qiáng)度逐步提高[1]。

圖1 鉆孔灌注樁結(jié)合止水帷幕平面示意

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定基坑開(kāi)挖流程，主要有：（1）土體初始應(yīng)力場(chǎng)平衡，搭建穩(wěn)定的圍護(hù)結(jié)構(gòu)；（2）組織第1 級(jí)開(kāi)挖作業(yè)，深度為1m，配套水平支撐；（3）組織第2 級(jí)開(kāi)挖作業(yè)，深度為4.2m，配套水平支撐；（4）組織第3 級(jí)開(kāi)挖作業(yè)，深度為3.4m，設(shè)底板；（5）組織第4 級(jí)開(kāi)挖作業(yè)，深度為3m，設(shè)底板。

以基坑開(kāi)挖面為基準(zhǔn)，如圖2 所示，周邊地下通道與之形成的最小間距為18m，襯砌厚度1m。止水帷幕采取的是φ0.85m 水泥土攪拌樁，長(zhǎng)30m；此外，設(shè)φ1m 的鉆孔灌注樁，長(zhǎng)22m。根據(jù)現(xiàn)有信息創(chuàng)建多孔介質(zhì)彈性模型，基本參數(shù)為：應(yīng)力比為1.4；泊松比為0.35。修正劍橋模型的參數(shù)主要有：Wet 屈服表面尺寸為1；流動(dòng)應(yīng)力比為1。建模均建立在現(xiàn)場(chǎng)各深度范圍內(nèi)的土層都為均質(zhì)土的前提下，且暫不考慮地下水的耦合作用。模型的土體、基坑圍護(hù)和地下通道均進(jìn)行網(wǎng)格劃分處理，形成若干個(gè)CPE4R 單元。

圖2 方案一基坑開(kāi)挖二維平面模型圖（單位：m）

3.2 方案二：SMW工法樁＋水平內(nèi)支撐

配套單排850mm@600mm 三軸水泥土攪拌樁，與此同時(shí)，該結(jié)構(gòu)內(nèi)置H700×300 型鋼，由此構(gòu)成完整圍護(hù)樁。通過(guò)水泥土攪拌樁的設(shè)置，可發(fā)揮止水作用，內(nèi)插H 型鋼作業(yè)后，提高了樁體擋土能力。樁體基本尺寸參數(shù)為直徑0.85m、長(zhǎng)30m。根據(jù)樁體與土體的位置關(guān)系以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定其為面-面接觸形式，摩擦系數(shù)取0.3。

4 結(jié)果分析

根據(jù)工程實(shí)際情況，取典型剖面并在此基礎(chǔ)上展開(kāi)二維數(shù)值模擬分析。創(chuàng)建多孔介質(zhì)彈性模型，將其與土體的修正劍橋模型聯(lián)用。圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要為地連墻的方式，施工所用材料為C30 混凝土，此材料的彈性模量為3×107kPa，由此對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的線(xiàn)彈性模型展開(kāi)分析，得知其彈性模量為2.4×107kPa。根據(jù)地下通道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其設(shè)為線(xiàn)彈性模型，彈性模量取2.0×108kPa。

4.1 對(duì)基坑周?chē)馏w水平位移的分析

以上述2 種方案為依據(jù)，分別探討基坑分步開(kāi)挖期間分布在現(xiàn)場(chǎng)周邊的土體所形成的水平位移情況，此處取距基坑4m、8m、12m 及16m 處，分別分析水平位移情況。根據(jù)分析可知，在開(kāi)挖深度逐步加大的條件下，土體產(chǎn)生的水平位移量增加；若與基坑間距越大，其對(duì)應(yīng)的土體水平位移越小；深度增加時(shí)，土體的水平位移量逐步減小。

4.2 對(duì)基坑周?chē)馏w沉降的分析

圍繞周邊土體的沉降情況展開(kāi)分析，此處取距基坑4m、8m、12m 及16m 處，分別分析各自的沉降情況。根據(jù)分析可知，在開(kāi)挖深度逐步加大的條件下，土體的沉降變化具有趨同性。以相同的開(kāi)挖深度增量為前提，應(yīng)用方案一后所帶來(lái)的周邊土體沉降相對(duì)更小，說(shuō)明方案一的圍護(hù)結(jié)構(gòu)更具有可行性，能夠有效減小土體沉降。

4.3 地下通道變形對(duì)比分析

各工況條件下，2 種方案的應(yīng)用效果具有差異性，分別分析左側(cè)地道的水平位移情況。根據(jù)分析可知，無(wú)論采取何種方案，左側(cè)地道水平位移的變化規(guī)律都保持一致，但相比之下，方案一的水平位移偏差相對(duì)較小。第1 級(jí)基坑開(kāi)挖時(shí)，方案一幾乎不存在水平位移，方案二的水平位移為0.6mm；第2 級(jí)基坑開(kāi)挖時(shí)，方案一的水平位移最大為0.7mm，影響相對(duì)微弱，方案二的水平位移則增加至2.1mm，且都具有線(xiàn)性變化特點(diǎn)，發(fā)生位置集中在地道頂部；第3 級(jí)開(kāi)挖時(shí)，2 種方案造成的最大水平位移都有變化：方案一1.86mm；方案二1.88mm，所處位置都集中在地道頂部。最后，進(jìn)入第4 級(jí)開(kāi)挖時(shí)，最大水平位移分別為方案一3.7mm、方案二4.8mm，所處位置未發(fā)生變化，即地道頂部[2]。

根據(jù)分析可知，在開(kāi)挖深度逐步增加的條件下，所提的2 種方案在變化規(guī)律方面具有一致性。對(duì)比來(lái)看，以方案一的沉降偏差相對(duì)較小。

5 結(jié)語(yǔ)

以所提的2 種基坑支護(hù)方案為立足點(diǎn)，選擇典型剖面后對(duì)其展開(kāi)ABAQUS 二維數(shù)值模擬?；娱_(kāi)挖采取分4 級(jí)依次到位的方式，較特殊的是最后一級(jí)，該處開(kāi)挖對(duì)象為下沉區(qū)域。分別對(duì)各自的鄰近矩形地下通道變形情況展開(kāi)對(duì)比分析。具體做如下總結(jié)：

1）開(kāi)挖深度逐步加大時(shí)，土體產(chǎn)生的水平位移也表現(xiàn)出同步增加的變化趨勢(shì)。各級(jí)基坑開(kāi)挖時(shí)，若與基坑的距離越遠(yuǎn)，其對(duì)應(yīng)的土體水平位移則越小，且在深度方向上也具有類(lèi)似的規(guī)律，深度的增加則帶來(lái)位移量的減小。綜合考慮基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比分析后可知，若與基坑的間距越小，此時(shí)土體的變形特點(diǎn)與之具有越強(qiáng)的趨同性。

2）開(kāi)挖深度逐步加大時(shí)，2 種方案在土體沉降方面的表現(xiàn)相類(lèi)似。從沉降角度來(lái)看，方案一的表現(xiàn)更好，其沉降相對(duì)較小。此外，若開(kāi)挖深度增加，此時(shí)土體的沉降也將同步加大。由此說(shuō)明，采用方案一后，雖然圍護(hù)結(jié)構(gòu)依然會(huì)導(dǎo)致周邊土體發(fā)生沉降現(xiàn)象，但幅度相對(duì)較小。