軟土地區(qū)坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)分析

胡凱華 張孟喜

(上海大學(xué) 土木工程系,上海 200444)

0 引 言

基坑群開(kāi)挖導(dǎo)致基坑之間土體變形相互疊加,使得周邊的建(構(gòu))筑物及地下管線產(chǎn)生的附加變形和對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響范圍都比單一基坑開(kāi)挖的影響復(fù)雜數(shù)倍。隨著各大城市高效集成的利用土地,大規(guī)模的建筑群和大型的交通樞紐工程正在興起,由群坑工程引起的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題和基坑之間時(shí)空差異的相互影響研究變得尤為重要。對(duì)于群坑工程中,每個(gè)基坑支護(hù)體系的穩(wěn)定性和對(duì)周邊環(huán)境影響的有效控制都是必要條件,而群坑開(kāi)挖產(chǎn)生的相互作用及其相互作用的影響范圍成為群坑工程方案設(shè)計(jì)控制條件,確定基坑之間相互作用的影響范圍,即可確定基坑群合理經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案和有效的保護(hù)措施?；尤洪_(kāi)挖耦合效應(yīng)范圍大小的研究是基坑群圍護(hù)體系設(shè)計(jì)方案確定的重要依據(jù),也是基坑群開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境影響的核心問(wèn)題之一?？涌靠有问绞腔尤汗こ讨械囊环N類型,其特點(diǎn)是圍護(hù)結(jié)構(gòu)不相連,各子基坑距離靠近,因此基坑開(kāi)挖引起的耦合效應(yīng)明顯。隨著各大城市集中化開(kāi)發(fā)利用地下空間,坑靠坑形式的基坑群工程越來(lái)越多,比如上海世博園區(qū)央企總部坑靠坑工程。

諸多學(xué)者對(duì)深大基坑開(kāi)挖、基坑群開(kāi)挖耦合效應(yīng)及對(duì)周圍環(huán)境保護(hù)進(jìn)行了研究,各自做出了一些貢獻(xiàn)。郭光年和呂鳳悟[1]運(yùn)用數(shù)值模擬方法研究了不同工況下共壁相鄰基坑先后開(kāi)挖施工時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形特征,總結(jié)了其受力和變形規(guī)律。劉濤和王曉偉等[2]根據(jù)基坑之間相對(duì)位置將復(fù)雜基坑群分為“坑靠坑”“坑連坑”和“坑中坑”,并研究了群坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)。沈健[3]采用三維數(shù)值模型對(duì)天津于家堡基坑群中幾個(gè)近距離的坑靠坑進(jìn)行模擬,得出坑靠坑開(kāi)挖造成基坑之間的地面沉降疊加,且改變支撐體系的受力分布,并提出合理的開(kāi)挖順序和施工保護(hù)措施。張中杰和湯翔等[4]對(duì)上海世博央企總部基坑群中3個(gè)同期施工基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析,得到了坑靠坑開(kāi)挖對(duì)基坑相鄰側(cè)圍護(hù)墻變形影響大于其他側(cè)圍護(hù)墻。馮曉臘和熊宗海等[5]采用規(guī)范方法和有限元法研究了坑中坑單級(jí)支護(hù)系統(tǒng)和坑中坑與外圍主坑形成多級(jí)支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和變形,驗(yàn)證了外圍主坑多級(jí)柔性支護(hù)和坑中坑懸臂支護(hù)可行的整體設(shè)計(jì)方案。張治國(guó)、張孟喜和王衛(wèi)東[6]運(yùn)用三維有限元數(shù)值模擬基坑開(kāi)挖對(duì)臨近地鐵隧道縱向變形影響,結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為制定基坑開(kāi)挖對(duì)臨近地鐵隧道的保護(hù)措施提供理論依據(jù)。但很少有對(duì)坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)影響范圍大小研究的報(bào)道。

單一基坑開(kāi)挖變形研究重點(diǎn)主要是開(kāi)挖過(guò)程中基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系和基坑外地表沉降。上海軟土地區(qū)基坑開(kāi)挖坑外地表沉降影響范圍為4倍開(kāi)挖深度。本文根據(jù)開(kāi)挖深度和支撐道數(shù)對(duì)上海地區(qū)適用于地下連續(xù)墻支護(hù)體系基坑工程實(shí)例進(jìn)行分類,對(duì)應(yīng)上海地區(qū)不同開(kāi)挖深度和不同基坑間距,建立了不同的雙基坑有限元平面應(yīng)變模型。有限元基本模型中土體的本構(gòu)模型采用修正劍橋模型,并且根據(jù)上海地區(qū)濱海平原區(qū)域土層的勘察報(bào)告和經(jīng)驗(yàn)公式得到了修正劍橋模型的計(jì)算參數(shù)。通過(guò)對(duì)多組有限元計(jì)算結(jié)果的分析,比較雙基坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)與單一基坑開(kāi)挖作用,研究了后續(xù)基坑開(kāi)挖對(duì)已開(kāi)挖完基坑地下連續(xù)墻水平位移和4倍開(kāi)挖深度范圍內(nèi)地表沉降曲線變化規(guī)律,從而得到了坑靠坑開(kāi)挖耦合效影響范圍大小與基坑間距大小的關(guān)系,確定了產(chǎn)生坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)基坑間距的下限值。

1 有限元基本模型

1.1 有限元幾何模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)

通過(guò)對(duì)上海地區(qū)大量地下連續(xù)墻支護(hù)體系基坑工程實(shí)例進(jìn)行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)地下連續(xù)墻適用于開(kāi)挖深度為10～20 m的基坑[7]。根據(jù)基坑開(kāi)挖深度和支撐道數(shù),可將其分為三類,見(jiàn)表1。

表1基坑類型

Table 1Excavation types

為了方便論述,定義模型的幾何變量和變形變量如圖1所示。其中,s是基坑間距;H是基坑開(kāi)挖深度,該間距是兩個(gè)基坑相鄰處地下連續(xù)墻之間的距離;h是支撐的豎向間距;T是地下連續(xù)墻插入深度。Medina[8]利用三維有限元得出支撐水平間距在正常布局的情況下對(duì)基坑變形的影響可以忽略不計(jì)。本文考慮的基坑為開(kāi)挖深度大于10 m的深基坑,有限元基本模型?、瘛ⅱ?、Ⅲ三類,分別對(duì)應(yīng)于上海地區(qū)地下連續(xù)墻支護(hù)體系基坑的A、B、C類型,見(jiàn)表2。第一道支撐在開(kāi)挖深度1 m處,支撐的豎向間距h=5 m,基本模型中基坑寬度為80 m。根據(jù)上海市《基坑工程技術(shù)規(guī)范》(DG/TJ08-61—2010)提出了如圖2所示的地表沉降預(yù)估曲線,明確了基坑開(kāi)挖對(duì)圍護(hù)墻后4H范圍內(nèi)地表沉降都有影響,其中2H范圍內(nèi)為主影響區(qū)域,2H～4H范圍內(nèi)為次影響區(qū)域,大于4H以外影響消失。單一基坑開(kāi)挖地表沉降預(yù)估曲線為4H范圍,當(dāng)兩個(gè)基坑間距為8H時(shí),從理論上講,兩個(gè)基坑之間的地表沉降互不影響,當(dāng)兩個(gè)基坑間距小于8H時(shí),兩個(gè)基坑之間的地表沉降會(huì)產(chǎn)生疊加效應(yīng),基于這一點(diǎn),本文雙基坑間距取s=4H,6H,8H,10H,此間距相當(dāng)于各基坑2H,3H,4H和5H影響范圍的疊加。

表2基坑有限元基本模型

Table 2FEM models of excavations

圖1 地下連續(xù)墻基坑幾何變量及變形變量的定義Fig.1 Geometric variable and deformation variable definition of excavation with diaphragm wall

圖2 圍護(hù)墻后地表沉降預(yù)估曲線Fig.2 Settlement forecast curve of surface behind diaphragm wall

基坑模型中土層的厚度取上海市區(qū)濱海平原區(qū)域土層厚度的平均值。Roboski[9]研究發(fā)現(xiàn)基坑邊緣與模型邊界的距離大于基坑開(kāi)挖深度的5倍時(shí),模型邊界條件對(duì)基坑變形的影響可以忽略不計(jì),為了盡可能減小這一影響,基本模型的幾何尺寸取600 m×120 m。模型邊界條件設(shè)為底面固定,豎向邊界約束水平方向位移?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)采用梁?jiǎn)卧M,采用彈簧單元模擬水平支撐系統(tǒng),采用罰函數(shù)接觸算法模擬土與地下連續(xù)墻界面非連續(xù)接觸特性。對(duì)于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類基坑,地下連續(xù)墻厚度分別采用800 mm、800 mm和1 000 mm,支撐采用鋼筋混凝土。材料參數(shù)[10]見(jiàn)表3。

表3有限元模型結(jié)構(gòu)參數(shù)

Table 3Parameters of structures of FEM model

1.2 土體本構(gòu)模型選擇及其參數(shù)的計(jì)算

數(shù)值分析在巖土工程中得到廣泛的應(yīng)用,其中至關(guān)重要的是選取合理的土體本構(gòu)模型,不合理的土體本構(gòu)模型無(wú)法保證計(jì)算結(jié)果的合理性。敏感環(huán)境下基坑工程的重點(diǎn)問(wèn)題是墻后土體的變形情況,為了滿足設(shè)計(jì)的要求,宜采用修正劍橋模型(MCC)進(jìn)行上海地區(qū)敏感環(huán)境下基坑開(kāi)挖數(shù)值模擬分析,該土體本構(gòu)模型能較準(zhǔn)確地反映出基坑開(kāi)挖過(guò)程中軟黏土應(yīng)變硬化特性和加卸載的區(qū)別,能得到合理的墻體變形及墻后土體變形的計(jì)算結(jié)果,其參數(shù)有8個(gè),可以通過(guò)地質(zhì)勘查報(bào)告和經(jīng)驗(yàn)公式確定。上海地區(qū)典型土層分布,②～⑥層主要為黏土層,各黏土層本構(gòu)關(guān)系采用修正劍橋模型,第⑦為砂土層,其本構(gòu)關(guān)系采用摩爾庫(kù)倫模型(MC),有4個(gè)參數(shù)。兩種本構(gòu)模型土體參數(shù)[7]見(jiàn)表4。

2 工程實(shí)例驗(yàn)證

為了驗(yàn)證模型和參數(shù)的準(zhǔn)確性,將選取本文中幾組單一基坑計(jì)算數(shù)據(jù)與上海王寶和大酒店二期工程和上海華山醫(yī)院基坑的墻后地表沉降和墻體水平位移的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)[10-11]進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證:①上海王寶和大酒店二期基坑工程,開(kāi)挖深度14.3 m。采用厚度為1 000 mm地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),平均插入深度30 m;②上海華山醫(yī)院基坑工程采用厚度為800 mm地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),平均開(kāi)挖深度11 m,平均插入深度20 m。圖3(a)和(b)是兩個(gè)基坑工程墻后地表沉降曲線計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比。圖4(a)和(b)是兩個(gè)基坑工程地下連續(xù)墻水平位移曲線計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比。

表4上海地區(qū)典型土層土體本構(gòu)參數(shù)

Table 4Soil constitutive parameters of Shanghai typical soil layers

圖3 地表沉降計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比Fig.3 Comparison between calculated and measured results of ground surface settlement

圖4 地下連續(xù)墻水平位移計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比Fig.4 Comparison between calculated and measured results of horizontal displacement of diaphragm wall

由圖3和圖4可知,兩個(gè)基坑工程地下連續(xù)墻水平位移和地表沉降的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比較為吻合。因此本文所建模型、土體本構(gòu)模型及土體參數(shù)具有較好的準(zhǔn)確性。

3 坑靠坑有限元計(jì)算結(jié)果分析

3.1 雙基坑不同開(kāi)挖順序計(jì)算值對(duì)比

在基坑群工程中各基坑不同開(kāi)挖順序會(huì)引起不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及地表疊加變形。選取開(kāi)挖深度H=21 m,基坑間距s=4H的一組雙基坑計(jì)算值,分析不同開(kāi)挖工況下坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)影響的大小。圖5是雙基坑工程兩種開(kāi)挖工況下地下連續(xù)墻水平位移大小對(duì)比關(guān)系,可知雙基坑先后開(kāi)挖引起的地下連續(xù)水平位移小于同步開(kāi)挖的情況。兩種開(kāi)挖工況引起的差異變形主要發(fā)生在開(kāi)挖面以上,對(duì)開(kāi)挖面以下基本沒(méi)有影響。圖6是雙基坑工程兩種開(kāi)挖工況下墻后土體豎向位移大小對(duì)比關(guān)系,可知雙基坑先后開(kāi)挖引起的墻后地表沉降大于同步開(kāi)挖的工況。由于實(shí)際工程周圍環(huán)境更加復(fù)雜,兩種開(kāi)挖工況差異變形值大于模型中的差異變形值。在實(shí)際坑靠坑工程中,應(yīng)充分利用基坑開(kāi)挖的時(shí)空效應(yīng),采用對(duì)稱同步開(kāi)挖以減小坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)的影響。本文以下研究坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)均考慮最不利的先后開(kāi)挖工況,即先開(kāi)挖完基坑1,再開(kāi)挖基坑2,每完成一次開(kāi)挖立即支撐,如圖1所示。

圖5 不同開(kāi)挖工況下地下連續(xù)墻位移大小關(guān)系Fig.5 Relationship between horizontal displacement of diaphragm walls under different excavation conditions

圖6 不同開(kāi)挖工況下墻后土體豎向位移大小關(guān)系Fig.6 Relationship between vertical displacement of soil mass under different excavation conditions

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移分析

3.2.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移曲線

Clough等[12]根據(jù)有無(wú)支撐作用認(rèn)為圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移分為3種模式:①圍護(hù)結(jié)構(gòu)未支撐開(kāi)挖時(shí)產(chǎn)生的懸臂式位移;②當(dāng)支撐系統(tǒng)加上后再開(kāi)挖,由支撐系統(tǒng)約束作用產(chǎn)生的深槽內(nèi)向位移;③兩者之間的混合位移。圖7(a)-(c)是不同基坑間距開(kāi)挖與單一基坑開(kāi)挖,基坑1右側(cè)地下連續(xù)墻水平位移曲線。各種工況下地下連續(xù)墻變形形狀均呈旋轉(zhuǎn)形,水平位移隨著開(kāi)挖深度的變大而先變大,達(dá)到一定值后再變小?？紤]坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng),地下連續(xù)墻曲線形態(tài)與單一基坑的曲線形態(tài)基本一致,而水平位移值都小于單一基坑開(kāi)挖的水平位移值,地下連續(xù)墻出現(xiàn)回移,改變支撐體系原有受力特點(diǎn)。

圖7 不同基坑間距開(kāi)挖與單一基坑開(kāi)挖地下連續(xù)墻水平位移曲線Fig.7 Horizontal displacement curves of diaphragm walls with different spacing from single excavation

3.2.2地下連續(xù)墻最大水平位移

從圖7(a)-(c)中可以得到地下連續(xù)墻最大水平位移位置,當(dāng)開(kāi)挖深度為11 m、16 m和 21 m時(shí),最大水平位移分別位于1.36倍、1.18倍和0.95倍開(kāi)挖深度處。最大變形位置隨著基坑開(kāi)挖深度變大而逐漸上移。鄧航、梁發(fā)和葉華等[13]監(jiān)測(cè)位于濱江軟土地區(qū)的上海某變電站深基坑工程,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明:圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移隨開(kāi)挖深度增大而增大,且最大側(cè)移均位于開(kāi)挖面附近,計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一致。產(chǎn)生這一規(guī)律是因?yàn)榛娱_(kāi)挖深度為11 m,其坑底位于③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的軟弱土層。開(kāi)挖深度為16 m、21 m的基坑,其開(kāi)挖深度范圍內(nèi)是③④層軟弱土層,開(kāi)挖軟弱土層會(huì)使開(kāi)挖面附近產(chǎn)生較大的墻體位移,開(kāi)挖面以下墻體處于性質(zhì)較好的⑤⑥⑦土層,墻體水平位移變小。對(duì)于開(kāi)挖深度為11 m的地下連續(xù)墻其墻身基本處在②③④軟弱土層,開(kāi)挖引起的變形大于開(kāi)挖深度為16 m和21 m工況,且坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)更明顯。因此對(duì)于深基坑開(kāi)挖應(yīng)重視③④層土開(kāi)挖時(shí)引起的變形控制,這對(duì)控制基坑整體變形和保護(hù)周圍環(huán)境有重要意義。

3.2.3地下連續(xù)墻開(kāi)挖耦合效應(yīng)分析

圖8是不同基坑間距和不同開(kāi)挖深度下雙基坑開(kāi)挖與單一基坑(基坑1)開(kāi)挖,地下連續(xù)墻最大側(cè)移的差值w同基坑間距s與開(kāi)挖深度H比值的關(guān)系。從圖8中可知,保持開(kāi)挖深度一定時(shí),w隨著基坑間距s與開(kāi)挖深度H比值的增大而減小,且減小幅度變緩。當(dāng)基坑間距為4H時(shí),三種開(kāi)挖深度下,w分別為6 mm、4 mm、3 mm。當(dāng)基坑間距達(dá)到10H時(shí),三種開(kāi)挖深度下,w均小于1 mm。在基坑間距相等的情況下,w隨著H增大而減小,且減小的幅度也是變緩。

圖9-(c)是不同基坑間距和不同開(kāi)挖深度基坑開(kāi)挖與單一基坑開(kāi)挖,地下連續(xù)墻同一深度處水平位移差值y同深度T的關(guān)系?；娱_(kāi)挖深度一定時(shí),隨著基坑間距s增大,y不斷減小。當(dāng)基坑間距s為4H和6H時(shí),y隨墻深度方向不斷減小,最大差值在墻頂處;基坑間距s達(dá)到8H和10H,y隨墻深度方向基本不變。保持基坑間距不變,隨著基坑開(kāi)挖深度的增加,y不斷減小?；娱g距為10H,三種基坑開(kāi)挖深度下,地下連續(xù)墻同一位置處水平位移差值y均小于2 mm。

圖8 圍護(hù)墻最大水平位移差值同基坑間距與開(kāi)挖深度比值的關(guān)系Fig.8 Relationship between maximum horizontal displacement difference and the ratio of spacing to excavation depth

圖9 地下連續(xù)墻同一深度處水平位移差值與深度關(guān)系Fig.9 Relationship betweenhorizontal displacement difference and depth of diaphragm wall at the same depth

3.3 墻后土體豎向位移

3.3.1單一基坑開(kāi)挖完成墻后地表沉降形態(tài)

Heish和Ou[14]對(duì)10個(gè)臺(tái)北地區(qū)實(shí)際基坑工程研究分析,得出墻后的地表沉降形態(tài)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形形態(tài)有關(guān),地表沉降形態(tài)分為凹槽形和三角形。凹槽形形態(tài)的產(chǎn)生是因?yàn)榛娱_(kāi)挖初期產(chǎn)生的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形不大,對(duì)墻后土體的擾動(dòng)不明顯,而后續(xù)開(kāi)挖時(shí),由于支撐的作用使得支撐處圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形小于開(kāi)挖面處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形,圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形對(duì)土體的較大擾動(dòng)發(fā)生在深層土體處,這使得地表沉降最大值發(fā)生于距圍護(hù)墻后一定距離處,形成凹槽形曲線。本文中模擬的所有基坑工程都是先小開(kāi)挖后加支撐再進(jìn)行后續(xù)開(kāi)挖,由于地表的小開(kāi)挖所引起圍護(hù)墻變形不大,圍護(hù)墻的較大變形發(fā)生在后續(xù)施工,因此地連墻支護(hù)基坑的地表沉降曲線為凹槽形。

Hsieh和Ou[14]在提出墻后地表沉降凹槽形曲線的基礎(chǔ)上,又提出了主影響區(qū)域和次影響區(qū)域的概念,即在距離圍護(hù)結(jié)構(gòu)2H范圍內(nèi)的區(qū)域是沉降較大的主影響區(qū)域;在距圍護(hù)結(jié)構(gòu)2H～4H的范圍內(nèi)沉降較小為次影響區(qū)域,在大于4H以外的范圍沉降衰減為零。

3.3.2地表沉降開(kāi)挖耦合分析

圖10(a)-(c)是不同基坑間距雙基坑開(kāi)挖與單一基坑(基坑1)開(kāi)挖地表沉降曲線的關(guān)系,墻后土體豎向位移dv同基坑間距s與開(kāi)挖深度H比值的關(guān)系。從圖10中可以看出,保持基坑距離一定,地表豎向位移疊加效果隨著開(kāi)挖深度的增加而減小。同時(shí),在開(kāi)挖深度不變的情況下,隨著基坑間距s/H變大,坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)引起的豎向疊加位移變小,坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)不斷減弱。當(dāng)基坑間距為4H時(shí),墻后豎向最大位移增加了10～20 mm,且最大豎向位移的位置在兩基坑的中間處,沉降曲線形態(tài)變?yōu)閁形。當(dāng)基坑間距為6H時(shí),墻后豎向最大位移增加了4～6 mm,豎向位移疊加主要位于H～4H的影響區(qū)。當(dāng)基坑間距為8H時(shí),墻后豎向位移最大值及位置基本未變,豎向位移疊加主要位于2H～4H的次影響區(qū),沉降曲線形態(tài)未變。當(dāng)基坑間距為10H時(shí),坑靠坑基坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)對(duì)地下連續(xù)墻的影響基本消失。

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐系統(tǒng)剛度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),隨著開(kāi)挖深度的增加,地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)插入深度也會(huì)加大,基坑開(kāi)挖深度為16 m,墻底位于性質(zhì)較好的⑥層黏土層;基坑開(kāi)挖深度為21 m,墻底處于⑦層粉砂土性質(zhì)良好的土層。從圖4可以看出地下連續(xù)墻墻底移動(dòng)很小,開(kāi)挖深度為16 m、21 m的圍護(hù)墻轉(zhuǎn)動(dòng)比開(kāi)挖深度為11 m要小,地表沉降主要由圍護(hù)墻轉(zhuǎn)動(dòng)引起[15]。所以保持基坑距離一定,地表豎向位移疊加效果隨著開(kāi)挖深度的增加而減小。

圖10 地表豎向位移沉降曲線Fig.10 Vertical displacement curves of ground surface

圖11是不同基坑間距和不同開(kāi)挖深度雙基坑開(kāi)挖豎向位移與單一基坑(基坑1)開(kāi)挖,距基坑1右側(cè)地下連續(xù)墻四倍開(kāi)挖深度處豎向位移差值u同基坑間距s與開(kāi)挖深度H比值的關(guān)系。當(dāng)基坑間距為4H時(shí),由于此處土體緊貼基坑2左側(cè)圍護(hù)墻限制了土體沉降,導(dǎo)致豎向位移差值不是最大?；娱g距在6H～10H之間變化時(shí),隨著基坑間距的增大,豎向位移差值u不斷減小且減小幅度變緩。當(dāng)基坑間距為6H時(shí),三種開(kāi)挖深度的豎向位移差值u分別為41 mm、29 mm、16 mm。當(dāng)基坑間距達(dá)到10H時(shí),三種開(kāi)挖深度的豎向位移疊加值u均小于4 mm,坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)引起的豎向位移基本消失。

圖11 豎向位移差值同基坑間距與開(kāi)挖深度比值關(guān)系Fig.11 Relationship between vertical displacement difference and the ratio of spacing to excavation depth

4 結(jié) 論

本文建立了不同基坑間距和不同開(kāi)挖深度的坑靠坑開(kāi)挖模型,首先分析了單一基坑完成開(kāi)挖后,其地下連續(xù)墻水平位移和地表沉降的形態(tài),模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比較吻合,驗(yàn)證所建模型、土體本構(gòu)模型以及土體參數(shù)具有較好的準(zhǔn)確性。然后分析了后續(xù)基坑開(kāi)挖對(duì)已開(kāi)挖完基坑地下連續(xù)墻水平位移和地表沉降形態(tài)的影響及其開(kāi)挖耦合效應(yīng)影響范圍大小隨基坑間距變化的規(guī)律。得到主要結(jié)論:

(1) 后續(xù)基坑開(kāi)挖對(duì)已開(kāi)挖完基坑相鄰側(cè)地下連續(xù)墻水平位移疊加效應(yīng)隨著基坑間距的增大而減小,且減小幅度變緩,當(dāng)基坑間距為6倍開(kāi)挖深度時(shí),三種開(kāi)挖深度下,地下連續(xù)墻同一位置處水平位移差值均小于3 mm,坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)對(duì)地下連續(xù)墻影響消失。

(2) 后續(xù)基坑開(kāi)挖對(duì)已開(kāi)挖完基坑相鄰側(cè)4倍開(kāi)挖深度內(nèi)地表豎向位移疊加效應(yīng)隨著基坑間距的增大逐漸變小,當(dāng)基坑間距為10倍開(kāi)挖深度時(shí),三種開(kāi)挖深度下,4倍開(kāi)挖深度處的豎向位移疊加差值均小于4 mm,坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)對(duì)地表豎向位移疊加效應(yīng)消失。

(3) 當(dāng)基坑間距大于10倍開(kāi)挖深度時(shí),不用考慮坑靠坑開(kāi)挖耦合效應(yīng)影響,坑靠坑工程中各子基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對(duì)周圍環(huán)境保護(hù)措施都可按單一基坑實(shí)施。