某深基坑近鄰鋼連廊基礎(chǔ)施工安全性影響分析

曹茜，楊佳璇

1 工程概況

北京市某地下連接通道，采用淺埋暗挖法施工，因受場地限制，其施工豎井基坑位于一既有鋼連廊正下方與其基礎(chǔ)近鄰（見圖1）。該施工豎井內(nèi)凈空尺寸為12.20m×3.00m，深19.04m，采用排樁+預(yù)應(yīng)力錨索+內(nèi)部鋼支撐的支護(hù)型式，內(nèi)設(shè)置3 道鋼管支撐+3 道預(yù)應(yīng)力錨索（見圖2）。

圖1 施工豎井與連廊基礎(chǔ)位置關(guān)系平面圖

圖2 豎井基坑結(jié)構(gòu)剖面

鋼連廊結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用柱下1.6m×1.6m×0.6m（長×寬×高）獨基+φ800mm 鋼筋混凝土灌注樁，承臺上柱間設(shè)0.6m 寬×3.5m 高地連梁。

豎井深基坑施工會對鋼結(jié)構(gòu)連廊基礎(chǔ)產(chǎn)生擾動，從而引起基礎(chǔ)變位，如果其變位過大，會導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，局部變形超限、破壞，甚至整體失穩(wěn)垮塌。因此，本文基于FLAC 3D 軟件對豎井施工進(jìn)行全過程模擬分析，通過分析結(jié)果掌握豎井施工過程中鋼連廊結(jié)構(gòu)的變形趨勢，指導(dǎo)施工，為類似工程帶來借鑒意義。

2 模擬計算

2.1 工程地質(zhì)及本構(gòu)模型

本工程各土層參數(shù)及采用本構(gòu)模型如表1 所示。

表1 材料的物理力學(xué)參數(shù)及本構(gòu)模型

2.2 計算模型

數(shù)值模擬模型尺寸為，上表面自由邊界；前后左右水平約束模型總共劃分105 504 個單元，共計110 616 個節(jié)點。模型中鋼支撐、鋼腰梁采用梁單元（beam）模擬，預(yù)應(yīng)力錨索采用錨索單元（cable）模擬，其鋼連廊基礎(chǔ)各構(gòu)件及土層采用實體單元模擬（見圖3～圖5）。

圖3 鋼連廊基礎(chǔ)及上部荷載作用模型圖

2.3 施工過程模擬

圖4 豎井基坑圍護(hù)樁模型圖

圖5 豎井內(nèi)鋼支撐及錨索模型圖

施工過程模擬如下：（1）模型初始平衡，初始位移清零；（2）施作灌注樁及樁頂冠梁；（3）開挖土體至第一道支撐（錨索）下方0.5m；（4）施加第一道鋼支撐及預(yù)應(yīng)力錨索；（5）開挖土體至第二道支撐（錨索）下方0.5m；（6）施加第二道鋼支撐及預(yù)應(yīng)力錨索；（7）開挖土體至第三道支撐（錨索）下方0.5m；（8）施加第三道鋼支撐及預(yù)應(yīng)力錨索；（9）四次開挖至基底標(biāo)高，并封底；（10）第三道鋼支撐拆除，施作豎井內(nèi)通道結(jié)構(gòu)，并回填。

3 結(jié)果分析

通過計算，得出鋼連廊基礎(chǔ)位移、豎井基坑圍護(hù)樁水平位移、豎井基坑鋼支撐及錨索內(nèi)力、地表沉降及基底隆起的變化情況。

3.1 鋼連廊基礎(chǔ)位移變化分析

豎井施工期間，鋼連廊基礎(chǔ)位移變化如圖6 和圖7 所示。

圖6 鋼連廊基礎(chǔ)X 方向位移云圖

圖7 鋼連廊基礎(chǔ)Y 方向位移云圖

鋼連廊基礎(chǔ)位移最大值統(tǒng)計如表2 所示。

表2 鋼連廊基礎(chǔ)位移最大值統(tǒng)計表mm

鋼連廊基礎(chǔ)因基坑開挖土體卸載，整體表現(xiàn)出不均勻沉降并伴有扭轉(zhuǎn)，因鋼連廊承臺及地梁剛度較大，較好得限制了ZJ3、ZJ4 摩擦型樁基的沉降，同時也制約了單根樁基水平位移的發(fā)展。因第三次及第四次開挖過程中，基坑變形最大，增長速度最快，故施工過程中應(yīng)著重加強(qiáng)上述開挖過程的基坑監(jiān)測，并做好相關(guān)應(yīng)急預(yù)案。

3.2 鋼支撐及錨索的內(nèi)力分析

豎井施工過程中，鋼支撐及錨索內(nèi)力設(shè)計值與計算值對比表如表3 所示。

表3 鋼支撐、錨索內(nèi)力設(shè)計值與計算值對比表kN

三道鋼支撐及錨索的計算軸力均符合設(shè)計要求。各道支撐中間2 根的支撐內(nèi)力均大于兩側(cè)，第二道支撐軸力最大，這說明基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中部的變形最大，且中部變形大于下部的變形。各道錨索在施加初始預(yù)應(yīng)力后迅速達(dá)到平衡狀態(tài)，在其后的開挖過程中其內(nèi)力相對穩(wěn)定，第三道錨索拉力最大。

3.3 豎井基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移分析

豎井施工過程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移變化如圖8 所示。

豎井基坑南北側(cè)圍護(hù)樁X方向位移變化很小，西側(cè)圍護(hù)樁X方向位移最大，最大值約為26mm（見表4），發(fā)生在樁身和基坑的中部，東側(cè)圍護(hù)樁因大樓抗固作用變形最小。

表4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移量

圖8 豎井圍護(hù)樁X 向位移云圖

豎井東西側(cè)圍護(hù)樁的Y方向位移變化很小，南、北側(cè)圍護(hù)樁Y方向位移較大，北側(cè)圍護(hù)樁Y方向最大位移約為-21mm，南側(cè)圍護(hù)樁Y方向最大位移約為18mm，最大位移產(chǎn)生在樁身基坑中部，均向基坑內(nèi)側(cè)變形。

4 結(jié)語

通過上述分析研究，得出了如下結(jié)論：

1）豎井施工引起的鋼連廊結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)變形滿足產(chǎn)權(quán)單位提出的變位限值要求，風(fēng)險可控，豎井基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、鋼支撐及錨索內(nèi)力、豎井周邊土體變形及基底隆起變形滿足設(shè)計單位提出的控制要求。

2）基坑開挖過程中，因?qū)ν馏w擾動導(dǎo)致鋼連廊基礎(chǔ)ZJ4 樁摩阻力削弱最大，沉降變形最明顯。建議在施工過程中，對ZJ4樁基端及持力層提前進(jìn)行注漿加固，以減鋼連廊基礎(chǔ)的差異沉降，避免傾斜變形。

3）建議在施工過程中加強(qiáng)對連廊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測，隨時掌握基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變形趨勢，制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，當(dāng)各控制指標(biāo)達(dá)控制限值的60%時，施工進(jìn)入預(yù)警階段，啟動相關(guān)應(yīng)急預(yù)案。