交叉施工基坑安全間距數(shù)值模擬研究

周培嬌 楊章財

（1.浙江同濟科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231；2.杭州運河集團建設(shè)管理有限公司，浙江 杭州 310015）

1 引言

基坑工程為地下工程施工創(chuàng)造條件，隨著城市用地越來越緊張，兩個或多個基坑存在交叉施工的情況（含同一項目分區(qū)、分時段開挖）尤為突出。學(xué)者們利用有限元軟件通過改變基坑間距進行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)基坑間距d 與基坑深度h 之間存在一定的規(guī)律：當(dāng)d＞4h 時，水平位移、豎向位移均出現(xiàn)變化，呈現(xiàn)以坑間土中心線對稱的現(xiàn)象，此時，與不受交叉施工影響的獨立基坑基本類似；當(dāng)d＜2h時，水平位移、豎向位移和坑間隆起影響顯著；當(dāng)d 介于2～4h 之間時，安全間距存在差異。也有一些學(xué)者對鄰近基坑同步施工后產(chǎn)生的影響進行了實測分析，研究顯示，實際施工時，深層土體位移變化規(guī)律在單基坑和鄰近的雙基坑中差異較大。在實際工程中，基坑所在的土質(zhì)有所不同，對其開挖時基坑支護后部出現(xiàn)影響區(qū)域，范圍在基坑深度的2～4倍之間。在不同土質(zhì)中，呈三角形分布的沉降包線存在于各土質(zhì)下的墻后沉降影響區(qū)。不同土質(zhì)的墻后影響區(qū)范圍不同：砂土為2H、黏土為3H。此外，在進行數(shù)值模擬時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個基坑深度相同時，采用二維和三維模擬結(jié)果，隨著基坑形狀不同而出現(xiàn)偏差，基坑長寬比＜3 時，二維模擬結(jié)果偏大。

2 模型建立

采用Midas/GTS 數(shù)值模擬，通過比較前人做法，確定模型選用摩爾-庫倫，假設(shè)土是理想彈塑性材料，圍護和支撐體系為彈性體，墻和土體的變形保持位移協(xié)調(diào)，不考慮剪脹性，根據(jù)土層分布特點，設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 土層參數(shù)取值表

尺寸均為長20m、寬20m、深10m，排樁支護，空間模型如圖1 所示。

圖1 空間建模圖

3 工況設(shè)計

本文在前人研究基礎(chǔ)上，對于基坑間距為d=2.5h 和d=2h 兩種情況，取三個不同的施工時段，模擬并分析在不同開挖深度下，已建基坑受新挖基坑的影響，見表2。

表2 工況設(shè)計

4 當(dāng)d=2h 時模擬結(jié)果與分析

既有基坑A 與正在開挖基坑B 為相鄰基坑，A基坑中①和②位置分別處于同一深度的非臨近側(cè)和臨近側(cè)，A 基坑中③位于臨近側(cè)角點，A 基坑④位置處于基坑中心線上。當(dāng)d=2h 時，分析B 基坑開挖對基坑A 中①和②兩位置的側(cè)向位移影響結(jié)果。如圖3 所示，基坑A 中①和②位置側(cè)向位移在深度方向有著先增后減的趨勢，0.5h 位置處變形到達最大值；基坑A 位置①隨著基坑B 施工，向基坑B 側(cè)向位移發(fā)展，位置②出現(xiàn)坑壁土體回彈。當(dāng)d=2h 時，分析B 基坑開挖對基坑A 中③和④兩位置的側(cè)向位移影響結(jié)果。如圖4 所示，基坑變形具有空間效應(yīng)，同時在0.5h 附近達到變形的最大值。位置④的側(cè)壁位移可變形具協(xié)調(diào)性。

圖3 基坑A 位置①和②側(cè)向位移（d=2h）

圖4 基坑A 位置③和④側(cè)向位移（d=2h）

5 當(dāng)d=2.5h 時模擬結(jié)果與分析

同樣有既有基坑A 與正在開挖基坑B 為相鄰基坑，間距從2h 擴大到2.5h，通過維數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，兩個間距下變形規(guī)律一致。為了更直觀地得到既有基坑A 受正在開挖基坑B 的側(cè)向位移的影響結(jié)果，對比分析了在基坑B 不同的開挖深度下，基坑A ①和②位置的最大側(cè)向位移的結(jié)果。如圖5、圖6 所示，d=2h 和d=2.5h 兩種間距下，有著相同的變化趨勢。隨著深度的增加，最大側(cè)向位移值基本呈線性增加；兩種工況下，最大側(cè)向位移值相差較小。

圖5 不同基坑間距基坑A 位置①最大位移

圖6 不同基坑間距基坑A 位置②最大位移

6 結(jié)語

應(yīng)用有限元數(shù)值模擬實際工程中相鄰基坑進行開挖的工況，研究相鄰基坑間的相互影響，由此得出結(jié)論：

（1）臨近基坑非同步開挖，新開挖基坑對臨近既有基坑影響不容忽視。已建基坑的臨近側(cè)和非臨近側(cè)出現(xiàn)不同的變化，新基坑的開挖會使已建基坑的非相臨近坑壁側(cè)向變形逐漸向新基坑方向發(fā)展，相鄰側(cè)坑壁土體會出現(xiàn)回彈，且基坑變形存在空間效應(yīng)。

（2）基坑間距d=2～2.5h 時，臨近基坑施工受開挖間距影響較小。