深淺交替地下連續(xù)墻的變形研究

劉麗萍，高 飛，范松松

（西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，西安 710032）

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，大深度地下空間的利用日益成為城市建設(shè)開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要領(lǐng)域，地下連續(xù)墻作為穩(wěn)定、安全的支護(hù)結(jié)構(gòu)越來(lái)越多的被運(yùn)用在基坑工程中［1-2］。普通地下連續(xù)墻存在滲水和墻面平整度低等問(wèn)題，許多學(xué)者［3-9］對(duì)此進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。深淺交替地下連續(xù)墻中深槽幅兼作上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，在空間利用、節(jié)約成本、施工進(jìn)度等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。作為一種新的地下連續(xù)墻形式，其變形有別于普通地下連續(xù)墻，因此充分認(rèn)識(shí)深淺交替地下連續(xù)墻擋土結(jié)構(gòu)在開(kāi)挖過(guò)程的變形規(guī)律，是進(jìn)行變形設(shè)計(jì)和保證基坑安全的基礎(chǔ)，對(duì)促進(jìn)地下連續(xù)墻更廣泛的應(yīng)用具有重要意義。

結(jié)合武漢某深基坑工程為例，采用軟件對(duì)基坑內(nèi)采用深淺交替地下連續(xù)墻支護(hù)開(kāi)挖狀態(tài)進(jìn)行模擬，從而得到圍護(hù)結(jié)構(gòu)、土體的水平位移與內(nèi)力特征，與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析，得出深淺交替地下連續(xù)墻的變形特性。

1 工程概況

武漢市某還建房地基坑工程施工現(xiàn)場(chǎng)，東北側(cè)為江漢路步行街，東南側(cè)為好樂(lè)迪歌廳，西南側(cè)緊靠交通路，西北側(cè)為中山大道?；硬捎蒙w挖逆作法施工，地下三層主體結(jié)構(gòu)，開(kāi)挖平均深度15 m，開(kāi)挖面積6450 m2，基坑形狀不規(guī)則，最長(zhǎng)181.65 m，最寬53 m。地下連續(xù)墻深度在30 m～67 m，厚度0.8 m，共56幅。其中，中山大道一側(cè)和花樓街一側(cè)共15幅連續(xù)墻深度均為30 m（淺槽幅）；交通路一側(cè)41幅為深淺交替幅段，有21幅深槽（深度超過(guò)62 m），20幅淺槽（深度為30 m）。基坑安全等級(jí)為一級(jí)，場(chǎng)地等級(jí)為一級(jí)，地基等級(jí)為二級(jí)，巖土工程勘察等級(jí)為乙級(jí)。

1.1 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘測(cè)資料，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地基土自上而下可分為九層，按物理力學(xué)性狀的差異又細(xì)分為亞層，各土層的工程地質(zhì)特征見(jiàn)表 1［10］。

表1 土體特性指數(shù)

1.2 水文地質(zhì)條件

施工場(chǎng)地地下水按埋藏條件主要為上層滯水和層間承壓水。上層滯水主要存在于人工填土層中，含水與透水性不一，地下水位不連續(xù)，無(wú)統(tǒng)一的自由水面，水位埋深為0.5 m～2.0 m。場(chǎng)區(qū)內(nèi)主要地下水為承壓水，存在于粉砂和中砂土層中，埋深為38 m～42 m，多數(shù)由長(zhǎng)江水補(bǔ)給，水位具有季節(jié)性變化，年變幅為3 m～4 m，大氣降水對(duì)承壓水的補(bǔ)給較小。場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。地下水位以上的土體混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有微腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)腐蝕性。

2 基坑監(jiān)測(cè)

工程位于武漢市地鐵漢江路附近，地處武漢市繁華地段，周邊建筑物密集，過(guò)往行人和車(chē)輛不斷，基坑監(jiān)測(cè)等級(jí)一級(jí)［10］。基坑開(kāi)挖面積較大，槽段每隔20 m設(shè)置觀(guān)測(cè)點(diǎn)，其中C1～C9為地連續(xù)墻監(jiān)測(cè)槽段（C1、C3、C5、C7為深槽段，其余為淺槽段），F(xiàn)為房屋監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示，地連續(xù)墻縱斷面圖如圖2所示。

圖2 地連續(xù)墻縱斷面圖

在若干監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，本文選取深淺交替墻段上深槽幅段（C5）和淺槽幅段（C4）各一點(diǎn)，并選取淺槽幅段上一點(diǎn)C8，針對(duì)深淺交替地下連續(xù)墻的變形進(jìn)行研究。基坑開(kāi)挖由東向西分段開(kāi)挖，監(jiān)測(cè)得到的主要工況下墻體水平位移如圖3所示。

圖3 各測(cè)點(diǎn)地下連續(xù)墻不同深度水平位移

由圖3可知，第一個(gè)工況下開(kāi)挖后墻體卸荷，坑外土壓力大于坑內(nèi)土壓力，由于頂部設(shè)置水平支撐，墻體產(chǎn)生了負(fù)向位移。隨著基坑的繼續(xù)開(kāi)挖，地下連續(xù)墻的位移逐漸變大，墻體向坑內(nèi)凸出，最大側(cè)移深度大致在開(kāi)挖面附近，符合地下連續(xù)墻的變形特征。不同的是各槽幅的最大側(cè)移，深槽幅的側(cè)向位移最小，僅為18.94 mm，淺槽幅比深槽幅段位移大，為24.71 mm，分別為基坑開(kāi)挖深度的0.12%和0.16%。非深淺交替槽段地下連續(xù)墻最大側(cè)移為27.85 mm，約為基坑開(kāi)挖深度的0.18%。比較C4和C5兩點(diǎn)最大位移量，C5點(diǎn)最大變形比C4點(diǎn)小20%左右，C5點(diǎn)地下連續(xù)墻體深度超過(guò)62 m，而C4點(diǎn)地下連續(xù)墻深度僅為30 m，說(shuō)明地下連續(xù)墻的插入深度對(duì)變形有很大的限制作用。C4點(diǎn)最大變形量比C8點(diǎn)約小15%，而兩幅段地下連續(xù)墻的插入深度相同，說(shuō)明深淺交替槽段中，深槽幅段承載了更多的土壓力，并且對(duì)淺槽幅段有一定的嵌固能力，可以很好的限制淺槽幅段地下連續(xù)墻的側(cè)移。

圖4為地下連續(xù)墻墻頂沉降量與時(shí)間關(guān)系圖。由于土體的開(kāi)挖，墻體兩側(cè)的摩阻力會(huì)變小，墻體上升。土體開(kāi)挖過(guò)程中也伴隨著施工降水，水壓力減小，會(huì)造成墻體下沉。在各施工工況中，由于地基回彈、自重和施工荷載的影響，由圖4可知地下連續(xù)墻在豎向會(huì)呈現(xiàn)反復(fù)隆沉的變形現(xiàn)象，但墻頂沉降整體趨勢(shì)逐漸變大。圖4中C4監(jiān)測(cè)點(diǎn)，墻頂沉降值達(dá)到最大20.91 mm，大于其他兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降值。C4點(diǎn)位于深淺交替墻段的淺槽幅段，墻頂沉降大于C5監(jiān)測(cè)點(diǎn)的深槽幅段，說(shuō)明地下連續(xù)墻的插入深度越大，墻頂?shù)某两盗烤驮叫?。C4與C8點(diǎn)墻頂沉降量大致相同，說(shuō)明地下深槽幅段對(duì)淺槽幅段地下連續(xù)墻的豎向位移影響較小，為減小墻頂沉降而把地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)為深淺交替型并不經(jīng)濟(jì)。

圖4 地下連續(xù)墻墻頂沉降變化曲線(xiàn)

3 理正軟件計(jì)算分析

針對(duì)本工程采用理正深基坑6.0軟件進(jìn)行支護(hù)計(jì)算，計(jì)算時(shí)土的本構(gòu)模型為弾性模型，考慮固結(jié)。內(nèi)力計(jì)算采用增量法［11］，各土層參數(shù)見(jiàn)表1，其余基本參數(shù)見(jiàn)表2。該軟件能夠反映基坑開(kāi)挖過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變特征，已被廣泛使用［12-16］。由圖5和圖6可知，基坑開(kāi)挖時(shí)，地下連續(xù)墻的最大位移出現(xiàn)在墻頂處。隨著基坑向下開(kāi)挖，地下連續(xù)墻最大位移逐步下移，始終在開(kāi)挖面附近。C4斷面和C5斷面處，地下連續(xù)墻的最大位移位置大致相同，在工況開(kāi)挖15 m時(shí)出現(xiàn)，位置在開(kāi)挖面以上2 m左右。C4斷面最大位移量為26.21 mm，比實(shí)測(cè)值24.71 mm略大。C5斷面最大位移量為16.89 mm，比實(shí)測(cè)值18.94 mm略小。

表2 模型計(jì)算基本參數(shù)

圖5 C4斷面開(kāi)挖不同深度位移變化

4 計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

由圖7可知，實(shí)測(cè)結(jié)果與理正軟件計(jì)算結(jié)果一致，最大位移都出現(xiàn)在開(kāi)挖面附近，普通槽段的水平位移最大，深槽幅段位移最小，淺槽幅段位移居中。說(shuō)明地下連續(xù)墻的插入深度越大，位移越小，深槽幅段地下連續(xù)墻會(huì)影響淺槽幅段地下連續(xù)墻位移，對(duì)其變形有一定的限制作用。

5 結(jié)論

（1）深淺交替地下連續(xù)墻淺槽幅段的最大水平位移遠(yuǎn)大于深槽幅段，淺槽幅段位移比深槽幅段位移大24%，加大地下連續(xù)墻的的插入深度可以較好的限制水平位移。

圖6 C5斷面開(kāi)挖不同深度位移變化

圖7 地下連續(xù)墻不同深度水平位移

（2）深淺交替地下連續(xù)墻淺槽幅段墻體深度與普通槽段墻體深度相同時(shí)，淺槽幅段墻體最大水平位移小于普通地下連續(xù)墻，深槽幅地下連續(xù)墻插入深度大，增強(qiáng)了地下連續(xù)墻的整體穩(wěn)定性，很好的限制淺槽幅段地下連續(xù)墻的水平位移。

（3）深淺交替地下連續(xù)墻墻頂沉降量，深槽幅段較淺槽幅段小。淺槽幅段沉降較普通地下連續(xù)墻相差不大，為減小墻頂沉降而把地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)為深淺交替型并不合理、經(jīng)濟(jì)。

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