軟土地區(qū)逆作深基坑工作性狀及空間效應(yīng)研究★

劉雙菊 安建國

(1.天津城建大學(xué)，天津 300384； 2.天津市軟土特性與工程環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384； 3.天津大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，天津 300072)

軟土地區(qū)逆作深基坑工作性狀及空間效應(yīng)研究★

劉雙菊1，2安建國3

(1.天津城建大學(xué)，天津 300384； 2.天津市軟土特性與工程環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384； 3.天津大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，天津 300072)

結(jié)合海河隧道蓋挖逆作基坑工程實(shí)例，研究了工程的地質(zhì)概況，采用ABAQUS軟件對其進(jìn)行了模擬計(jì)算，通過數(shù)值模擬結(jié)果，分析了圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形規(guī)律，并進(jìn)一步分析了其空間效應(yīng)，得到了一些有意義的結(jié)論。

逆作法，空間效應(yīng)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)

0 引言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，基坑的規(guī)模和深度都在不斷加大，越來越多的深基坑需要在城市建筑密集區(qū)內(nèi)施工，施工場地越來越小，因此，蓋挖逆作施工方法的應(yīng)用越來越廣泛[1-3]。在天津地區(qū)，地層軟弱，基坑的施工難度和風(fēng)險更大，為保證施工安全和環(huán)境安全，研究深大基坑開挖引起的支護(hù)體系的安全穩(wěn)定性是非常重要的課題，考慮空間效應(yīng)變得越來越重要[4-6]。天津中央大道海河隧道工程，無論其深度和開挖范圍在本地區(qū)都是不多見的。本文依托海河隧道蓋挖逆作工程，采用有限元分析方法，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力和變形性狀進(jìn)行了研究和分析，并對其空間效應(yīng)進(jìn)行了分析。

1 工程及地質(zhì)概況

1.1 工程概況

中央大道是天津?yàn)I海新區(qū)交通規(guī)劃的客運(yùn)主通道，在塘沽區(qū)于家堡附近海河與中央大道的交匯處，建立河底隧道通過海河，依據(jù)規(guī)劃及設(shè)計(jì)方案，隧道地下暗埋部分為2 441 m，隧道北段三塊板路附近采用蓋挖逆作法施工，從K28+352.000～K28+493.905，全長142 m。其余岸邊段采用明挖法施工。隧道北段最大開挖深度約24 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下厚度為1.2 m的連續(xù)墻+支撐+板的蓋挖逆作結(jié)構(gòu)。海河隧道北段施工順序見表1。

1.2 地質(zhì)概況

海河隧道北段工程位于天津?yàn)I海沖積平原，場地內(nèi)7 m以下有一層很厚的軟粘土層，典型的地質(zhì)剖面，在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時，將其土層概化為9層，參數(shù)如表2所示。

2 整體三維數(shù)值模擬分析

2.1 模型幾何概況

本文按照施工順序?qū)χ醒氪蟮篮：铀淼辣卑豆こ痰恼麄€蓋挖逆作段建立整體三維仿真計(jì)算模型，將結(jié)構(gòu)簡化為對稱結(jié)構(gòu)，取其1/2進(jìn)行計(jì)算。其中，梁、柱、樁等采用梁單元模擬，板采用殼單元模擬，土體采用三維孔壓單元模擬，地連墻采用三維八結(jié)點(diǎn)減縮積分單元模擬，在模型中，地下連續(xù)墻與土之間均設(shè)置了接觸，接觸采用庫侖摩擦模型，樁與土之間采用嵌入技術(shù)來考慮，本文模擬的施工步驟與前面一致。

表1 海河隧道北段施工順序 m

表2 土層參數(shù)

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 地連墻頂及柱頂豎向位移

經(jīng)過分析計(jì)算，得到地連墻及柱頂?shù)呢Q向位移曲線。三維結(jié)果中，遠(yuǎn)離端部和巖壁保護(hù)部分的地連墻，樁、柱的回彈值與二維結(jié)果一致，在靠近端部的地方，回彈明顯減小，空間效應(yīng)明顯。

總體上來說，地連墻、邊柱及中柱都處于回彈狀態(tài)，地連墻的豎向位移小于柱位移；地連墻頂與柱的位移均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

對于地連墻，第三步開挖完成后結(jié)構(gòu)回彈最大值為4.5 mm，最后一步開挖完成后，結(jié)構(gòu)回彈最大值為9.1 mm，回彈最大值均發(fā)生在柱子頂端。第三步開挖完成后，地連墻靠近軸和拐彎處的回彈較小，最后一步開挖完成后，靠近軸一側(cè)的回彈較小。分析其原因，雖然靠近軸一側(cè)的開挖深度較深，但因?yàn)橹谓Y(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且有岸壁保護(hù)結(jié)構(gòu)和地連墻的局部拐彎結(jié)構(gòu)，這兩部分結(jié)構(gòu)都對地連墻的回彈產(chǎn)生有利影響；靠近軸的部分，因?yàn)殚_挖深度較淺，回彈較?。灰虼?，總體來說，地連墻的回彈值中間最大。

當(dāng)開挖第三步完成后，中間柱與邊柱回彈相差無幾，最大值發(fā)生在軸附近為4.5 mm，最小值發(fā)生軸為2.8 mm；地連墻回彈最大值為2.5 mm，發(fā)生在軸附近，最小值發(fā)生在軸地連墻拐彎處為0.1 mm。

當(dāng)開挖完成后，中間柱位移大于邊柱位移，二者的最大值均發(fā)生在軸附近，中間柱最大回彈為9.1 mm，邊柱最大回彈為8 mm，二者的最小值均發(fā)生在軸附近，中間柱回彈最小值為4.7 mm，邊柱回彈最小值為4.2 mm；地連墻最大回彈5.3 mm，發(fā)生在軸附近，最小值為1.3 mm，發(fā)生在軸附近。

2.2.2 頂板及中板的豎向位移

頂板的位移大于中板的位移，頂板位移最大值7.5 mm，中板的位移最大值為3.5 mm，這是因?yàn)轫敯逑仁┕?，受到后面幾個步驟的降水開挖影響較大，而中板后施工，后面只有兩個開挖步驟。對于軸與軸之間的部分，由于岸壁保護(hù)和復(fù)雜支撐的作用，與軸平行的右側(cè)地連墻豎向位移很小，因此，回彈也很小，幾乎為0，最終，頂板的位移差為7.1 mm，中板的位移差為3.2 mm。

3 結(jié)語

根據(jù)以上研究，可以得到以下結(jié)論：

1)長條形基坑要全面模擬基坑變形，則需建立考慮空間效應(yīng)的三維模型。2)蓋挖逆作方法把結(jié)構(gòu)板作為基坑開挖時的支撐，剛度較大，可以有效控制基坑的變形和受力。本項(xiàng)目最大位移為36 mm，最大彎矩為958 kN·m/m。3)在整個基坑施工過程中，樁柱等均表現(xiàn)為回彈，中間樁柱回彈大于邊緣。施工完成后施加了填土和道路荷載，豎向位移也表現(xiàn)為回彈，但回彈值很小。4)蓋挖逆作法施工完成后，頂板和中板均承受一定附加彎矩，但其彎矩值較小，且頂板彎矩大于中板彎矩，最后施加填土及道路荷載對頂板彎矩影響很大，對中板則幾乎沒有影響。5)從整體三維模型來看，岸壁保護(hù)部分和地連墻轉(zhuǎn)折處對地連墻的位移影響很大，對中間樁柱則影響相對較小，對板的彎矩分布也有一定影響。

[1] 劉映晶，陳錦劍，王建華，等.逆作土方通道式施工工藝對基坑變形的影響[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2012,46(1):89-93.

[2] 杜金龍，魏 祥，楊 敏.軟土基坑逆作開挖的時效分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2008，30(sup)：395-399.

[3] 李守彪，李仕雄，魏子龍.軟弱地層半逆作深基坑支撐軸力變化規(guī)律[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2012，8(8)：732-736.

On working performance of top-down deep foundation pits and space effect in soft soil areas★

Liu Shuangju1,2An Jianguo3

(1.TianjinUrbanConstructionUniversity,Tianjin300384,China; 2.KeyLabforSoftSoilFeaturesandEngineeringEnvironmentofTianjin,Tianjin300384,China; 3.ArchitecturalDesignInstitute,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

Combining with the cover and cut top-down foundation pit project of Haihe Tunnel, the paper researches the geological survey of the area, adopts ABAQUS software to have the simulation calculation, analyzes the change law for the enclosure structure, analyzes the space effect, and achieves some conclusion.

top-down method, space effect, enclosure structure

1009-6825(2015)28-0056-02

2015-07-26 ★：天津市軟土特性與工程環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：2012SCEEKL004)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：41172233)

劉雙菊(1979- )，女，博士，講師

TU463

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