某擴(kuò)建項(xiàng)目基坑工程設(shè)計(jì)與分析

李得喜

(深圳市港嘉工程檢測(cè)有限公司，廣東 深圳 518126)

0 前 言

由于城市外來人口的迅速增加造成醫(yī)療資源的供需不足，以及建設(shè)用地的緊張，廣東省深圳市某醫(yī)院需在原綜合樓旁進(jìn)行擴(kuò)建。為避免擴(kuò)建項(xiàng)目基坑工程開挖影響原有建筑物的正常使用，需要嚴(yán)格控制基坑變形[1]。本項(xiàng)目采用理正深基坑軟件對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算，并用有限元軟件MIDAS/GTS對(duì)基坑開挖變形進(jìn)行了仔細(xì)分析[2]。

1 工程概況

深圳市某醫(yī)院擴(kuò)建項(xiàng)目基坑周長(zhǎng)約310 m，開挖深度9.1～9.4 m，局部開挖10 m。東側(cè)為原有6層醫(yī)院綜合樓，基礎(chǔ)為天然地基擴(kuò)大基礎(chǔ)，建筑物距基坑開挖邊線最近約2.6 m；西側(cè)為4棟8層小區(qū)住宅，建筑物距基坑開挖邊線約2.4 m。場(chǎng)地地貌單元屬?zèng)_洪積平原地貌，有較厚的砂層，從上往下地層見表1。

表1 各地層巖土工程參數(shù)選取表

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)主要情況：本項(xiàng)目無放坡條件，支護(hù)難度大，對(duì)沉降與變形要求高，需采用樁+錨索、樁+內(nèi)支撐或地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)較為可靠，地下連續(xù)墻造價(jià)較高，為避免錨索對(duì)建筑物的影響，采用內(nèi)支撐(一道)的形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)支護(hù)，護(hù)壁樁采用旋挖灌注樁Φ1 200@1 500，截水帷幕采用樁間三管旋噴樁Φ1 000@1 500，基坑安全等級(jí)按一級(jí)考慮。

2 基坑計(jì)算與分析

2.1 理正深基坑建模計(jì)算

該基坑劃分為6個(gè)剖面，逐個(gè)剖面進(jìn)行平面設(shè)計(jì)，采用增量法模擬基坑施工過程，得到基坑最大水平位移(15.04 mm)發(fā)生在基坑?xùn)|側(cè)鈍角位置，如圖1所示。

圖1 開挖至-9.4 m圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力位移圖

2.2 MIDAS/GTS建模分析

2.2.1 本構(gòu)模型

支撐、圍護(hù)樁體的變形在基坑開挖的過程中變形相對(duì)較小，在基坑施工過程中其材料不會(huì)達(dá)到屈服狀態(tài)，故本計(jì)算中用線彈性材模擬支撐、樁體。根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，鉆孔樁(等效為地下連續(xù)墻)采用板單元模擬，支撐構(gòu)件采用梁?jiǎn)卧M，腰梁、冠梁采用梁?jiǎn)卧M。基坑施工的過程中產(chǎn)生的附加應(yīng)力很有可能超過巖土材料的比例極限(線彈性)而達(dá)到塑性狀態(tài)，所以對(duì)于巖土材料本文采用MIDAS/GTS提供的Mohr-Coulomb彈塑性本構(gòu)模型[3]。

周邊建筑物每層取荷載20 kN/m2 [4]，為了便于建模將建筑物等效成5m高的實(shí)體。

2.2.2 計(jì)算模型與工序

本計(jì)算模型對(duì)基坑進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化處理，因未考慮立柱及立柱樁而采取對(duì)支撐施加豎向約束。模型的全貌及支護(hù)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格模型圖如圖2～3所示。根據(jù)實(shí)際施工情況，將基坑施工開挖分成5步[5]，詳見表2。

圖2 計(jì)算模型全貌

圖3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模型圖

表2 計(jì)算工序一覽表

2.2.3 計(jì)算結(jié)果分析

從基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移云圖(見圖4)可以看出，最終工況最大水平位移(約12.49 mm)發(fā)生在基坑?xùn)|側(cè)頂部。中下部主要為全～強(qiáng)風(fēng)化地層，土質(zhì)情況較好，因此，水平位移較小。

圖4 開挖至-9.4 m圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移云圖

與理正深基坑計(jì)算結(jié)果(見圖1)相比，水平位移偏小，究其原因在于基坑的空間效應(yīng)，以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的切向剛度存在，控制了基坑的變形。

3 結(jié) 語

1)理正深基坑和MIDAS/GTS兩種建模方法采取不同的原理，前者屬于荷載-結(jié)構(gòu)法，后者跳出荷載-結(jié)構(gòu)法的束縛，而從整體上進(jìn)行考慮[6]。由于空間效應(yīng)的存在，后者計(jì)算出來的水平位移較前者要小，因此，在基坑設(shè)計(jì)中采用理正深基坑平面建模方法是偏于安全的。

2)在深厚砂層和周邊為天然地基淺基礎(chǔ)建筑物條件下，本項(xiàng)目采用旋挖灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)、旋噴樁止水取得了良好的支護(hù)效果，基坑順利施工完成，且最終監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示支護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)最大水平位移為13.5 mm，發(fā)生于基坑?xùn)|側(cè)鈍角位置，與設(shè)計(jì)分析結(jié)果較吻合，可為本地區(qū)同類工程設(shè)計(jì)提供參考。

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