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摘要

以某構(gòu)筑物深基坑工程為背景，根據(jù)地質(zhì)條件特點，建立了能反映地下連續(xù)墻整體開挖過程的非線性有限元模型，模擬了基坑開挖及支撐施工步驟。為驗證首層鋼支撐方案的合理性，考慮了在開挖過程中最不利條件下的連續(xù)墻應(yīng)力與變形，鋼支撐應(yīng)力，并計算了鋼支撐的穩(wěn)定性，與監(jiān)測結(jié)果進行了對比。所得數(shù)值計算結(jié)果中鋼支撐全部呈現(xiàn)壓應(yīng)力，地連墻位移全部向基坑內(nèi)側(cè)。因此，在此類地質(zhì)環(huán)境、工況及鋼管支撐布置形式下，首層鋼管支撐的方案切實可行，所選取的計算方法能夠較為真實地反映實際情況，對類似工程有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞

基坑開挖；非線性分析；鋼管支撐；適應(yīng)性

1引言

隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，地鐵、高層建筑等城市大型項目數(shù)量不斷增長。公共設(shè)施或高層建筑常會碰到厚軟土層的地基處理。地連墻作為一種地基加固施工要求低，加固效果優(yōu)良的施工工藝，在地鐵車站和高層建筑基坑中被廣泛采用［1－3］。地連墻加固［4－5］的基坑，在第2層以下采用鋼支撐的情況下，第1層支撐可采取混凝土和鋼管支撐［6－8］兩種形式，兩者各有利弊。混凝土支撐，其連接性能好，能抗輕度拉力，為現(xiàn)在常用的首層支撐形式，但其造價高，施工時間長、拆除困難。鋼支撐安拆方便快速，可重復(fù)利用，但連接性能差，整體穩(wěn)定性差，用于基坑首層支撐時需對首層鋼支撐的整體穩(wěn)定性進行評估。鋼支撐的整體穩(wěn)定性，主要受各構(gòu)件間的連接性能控制，當連接處地連墻的變形位移向基坑內(nèi)側(cè)時，鋼支撐與地連墻的連接處于壓緊狀態(tài);而地連墻頂端位移向外側(cè)時，連接構(gòu)件松開，鋼支撐有脫落的可能性。因此，在滿足結(jié)構(gòu)受力和變形要求的前提下，可以認為，當鋼支撐連接處地連墻墻頂位移向基坑內(nèi)側(cè)時，采用鋼支撐作為基坑首層支撐是安全的。本文以某構(gòu)筑物基坑工程為背景，研究了基坑開挖過程的安全性和穩(wěn)定性。該構(gòu)筑物基坑工期緊張，需要采用首層鋼支撐來節(jié)約安拆時間。在一定基坑土質(zhì)、水文條件下，通過計算合理布置基坑支護參數(shù)，驗證地連墻墻頂位移方向為基坑內(nèi)側(cè)，從而保證基坑的整體穩(wěn)定性和在開挖工況下的安全。

2工程概況及計算條件

2．1工程概況

2．1．1開挖平面布置方案方案開挖截面尺寸為27．2m×30．0m，開挖深度為16m。

2．1．2支撐及開挖順序支護地連墻墻厚為0．9m;鋼支撐采用直徑500mm，厚度9mm的鋼管;豎向支撐采用角鋼格構(gòu)架，規(guī)格為450mm×450mm，等邊角鋼L125mm×12mm四肢桿，支撐為Q235鋼。內(nèi)支撐鋼管接頭假設(shè)為鉸接，不考慮內(nèi)支撐的鋼圍檁。

2．1．3鋼支撐布置方案各取順向和橫向的中間槽段為計算范圍，大開挖水平支撐鋼管間距為3．0～4．2m，具體布置見圖1。

2．2計算方法基于ABAQUS的計算采取模擬施工開挖、支撐全過程的非線性模擬［9－11］，以求反映真實情況，主要計算方法為:(1)用線性桿單元模擬鋼支撐，以求得其在開挖過程中的軸向應(yīng)力。基于摩爾庫倫準則建立土巖體的本構(gòu)關(guān)系，以反映土體的應(yīng)力－應(yīng)變非線性特性。(2)建立土體與地連墻，地連墻與樁直接的接觸關(guān)系［12－13］。(3)建立整個施工過程中的開挖支護分序(見表1)，共11個計算步驟，其中開挖步為5步。(4)根據(jù)開挖過程中監(jiān)測結(jié)果來對比計算結(jié)果。

2．3計算參數(shù)根據(jù)基坑土體實驗參數(shù)，經(jīng)過處理得到表2的計算參數(shù)。開挖至支撐完工各階段模型圖例見圖2。。

3計算與監(jiān)測結(jié)果

3．1地連墻相關(guān)結(jié)果

3．1．1地連墻變形圖3為開挖完成后邊墻變形圖(變形顯示放大500倍)。邊墻橫向位移峰值為5．6mm，出現(xiàn)在順向邊墻頂端的中部位置，垂直向位移峰值為1．1mm，出現(xiàn)在順向邊墻約0．5倍墻高靠近上游的第二個接頭處，順向位移峰值為3．6mm，出現(xiàn)在靠橫向邊墻約0.7倍墻高靠近下游的第二個接頭處。從結(jié)果可以看出地連墻位移全部靠向內(nèi)側(cè)。地連墻變形監(jiān)測與計算結(jié)果對比見圖4。圖4a為橫向位移峰值點的橫向位移(方向為往基坑內(nèi)側(cè))值隨開挖過程的變化圖，圖4b為垂直向位移峰值點的垂直向位移值隨開挖過程的變化圖，圖4c為順向位移峰值點的順向位移(不同位置地連墻，方向仍為往基坑內(nèi)側(cè))隨開挖過程的變化圖。根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB50497－2009)。基坑安全等級為一級，為地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐支護。支護結(jié)構(gòu)頂部最大水平位移允許值為0．002h與30mm較小值(h為地連墻高)。因為0．002h=32mm＞30mm。所以最大水平位移允許值為30mm，監(jiān)測結(jié)果地連墻最大變形為5．9mm，計算地連墻最大變形為5．6mm，故位移值滿足要求，地連墻結(jié)構(gòu)安全。最終結(jié)果監(jiān)測與計算相比誤差5．1%，相差較小，所采用計算方法計算地連墻位移較為準確。

3．1．2地連墻應(yīng)力邊墻橫向正應(yīng)力峰值為0．99MPa，出現(xiàn)在順向邊墻約0．5倍墻高的靠近接頭處;垂直向正應(yīng)力峰值為1．75MPa，出現(xiàn)在順向邊墻約0．5倍墻高的靠近第二個接頭處;順向正應(yīng)力峰值為1．05MPa，出現(xiàn)在橫向邊墻頂端的靠近左岸的第二個接頭處。地連墻應(yīng)力監(jiān)測與計算結(jié)果對比見圖5。圖5a為橫向水平正應(yīng)力峰值點的橫向正應(yīng)力值隨開挖過程的變化圖，圖5b為垂直向正應(yīng)力峰值點的垂直向正應(yīng)力值隨開挖過程的變化圖，圖5c為順向正應(yīng)力峰值點的順向正應(yīng)力隨開挖過程的變化圖。

3．2鋼支撐應(yīng)力及穩(wěn)定性結(jié)果鋼支撐應(yīng)力值為σ1應(yīng)力值。從計算結(jié)果可以看出鋼管支撐全部為壓應(yīng)力。水平鋼支撐應(yīng)力主要由土壓力產(chǎn)生，而垂直鋼支撐應(yīng)力主要由結(jié)構(gòu)自重作用產(chǎn)生。開挖完成后鋼支撐應(yīng)力見圖6。各層鋼支撐應(yīng)力峰值及穩(wěn)定系數(shù)見表3～表4。計算滿足要求，鋼支撐穩(wěn)定。后續(xù)監(jiān)測得到鋼筋最大軸向壓應(yīng)力σ1為33．51MPa，與計算結(jié)果42．50MPa相差21．1%。根據(jù)計算和監(jiān)測所得安全系數(shù)ζ＞1，鋼支撐穩(wěn)定，不會出現(xiàn)被壓彎的現(xiàn)象。圖6為第五步開挖第一層水平鋼支撐應(yīng)力。計算結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果相近，計算值偏大，誤差小于35%，計算方法基本可行，但仍有改進方面，主要體現(xiàn)在鋼管支撐本構(gòu)模型需要進一步調(diào)整，建立起能夠更真實反映鋼管支撐本構(gòu)關(guān)系的模型。

4結(jié)束語

基于整個施工過程的計算和監(jiān)測結(jié)果，可以得出以下結(jié)論:(1)通過計算、監(jiān)測結(jié)果可知，所采用的計算方法能夠較為真實地反映基坑實際開挖過程。(2)計算與監(jiān)測結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn):地連墻變形、應(yīng)力計算結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果變化規(guī)律一致，峰值偏差在25%以下，鋼筋應(yīng)力計算結(jié)果比監(jiān)測結(jié)果大20%左右。這主要因為摩爾庫倫本構(gòu)關(guān)系過于保守，計算中增大了實際土壓力，導(dǎo)致鋼筋軸向壓應(yīng)力計算結(jié)果偏大。(3)從計算與監(jiān)測結(jié)果均可以看出，鋼管支撐全部受壓應(yīng)力，地連墻位移方向向內(nèi)，地連墻最大拉應(yīng)力小于其混凝土抗拉強度標準值。因此，鋼支撐方案在此基坑土質(zhì)、工況及鋼管支撐布置條件下合理可行。基坑地連墻的設(shè)計、施工滿足要求。(4)通過對首層鋼支撐的適應(yīng)性分析可以看出，并不是所有的建筑基坑首層支撐都需要采用混凝土支撐，在滿足一定條件的情況下，可以采用鋼管支撐的形式，同樣可以滿足結(jié)構(gòu)安全性和適用性。

參考文獻

［1］張順．地下連續(xù)墻施工方法概述［J］．水利水電施工，2010(3):72－76．

［2］陳子山．淺談地下連續(xù)墻支護優(yōu)點與關(guān)鍵施工技術(shù)［J］．山西建筑，2011，37(7):49－50．

［3］余玲君，唐云林．地下連續(xù)墻優(yōu)缺點和施工要點分析［J］．城市建設(shè)理論研究:電子版，2013(9)．

［4］劉杰，劉夕軍．超深矩形地連墻導(dǎo)墻安全設(shè)計原理［J］．水運工程，2011(12):50－53．

［5］夏建國．格形地連墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工方案探討［J］．水運工程，2004(11):88－91．

［6］李桂花，周生華，周紀煜，等．地下連續(xù)墻垂直承載力試驗研究［J］．同濟大學學報:自然科學版，1993(4):575－580．

［7］孟凡超，李濤，陳曉東，等．黃土地區(qū)單片地下連續(xù)墻水平承載特性試驗研究［J］．土木工程學報，2006(11):96－100．

作者：代峪 單位：中鐵十一局集團房地產(chǎn)開發(fā)有限公司