樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑動(dòng)態(tài)預(yù)警值研究

陳云鋼，葉舒，許立

（1.安徽工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243000；2.五冶集團(tuán)上海有限公司，上海 201100）

1 引言

樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑在開(kāi)挖時(shí)會(huì)導(dǎo)致樁體位移，建筑物產(chǎn)生沉降，錨桿拉應(yīng)力會(huì)發(fā)生變化[1-2]。因此已有研究對(duì)樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑做了很多工作，并獲得一些結(jié)論[3-7]。陳云鋼、張勝等[8]對(duì)樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過(guò)數(shù)據(jù)分析得到了樁體內(nèi)力、樁頂位移、錨桿拉應(yīng)力的變化規(guī)律。何智勇、王賢能等[9]對(duì)樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑進(jìn)行三維模擬得出模擬數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合，表明三維模擬軟件在基坑模擬方面的可行性。閆康、曹芳等[10]根據(jù)基坑預(yù)警值設(shè)計(jì)出一套基坑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)確保基坑在施工工程中的安全性。在目前的研究中，針對(duì)樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑預(yù)警值的研究成果較少，因此本文擬對(duì)樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑動(dòng)態(tài)預(yù)警值進(jìn)行分析研究?；诨颖O(jiān)測(cè)值、模擬值來(lái)獲得基坑動(dòng)態(tài)預(yù)警值，并將動(dòng)態(tài)預(yù)警值與規(guī)范預(yù)警值進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)今后類(lèi)似樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑的施工和監(jiān)測(cè)具有一定的借鑒和參考意義。

2 工程概況

2.1 周邊環(huán)境條件

依托馬鋼股份公司煉焦總廠南區(qū)新建筒倉(cāng)工程。基坑北側(cè)為受煤坑，東側(cè)為現(xiàn)有鐵路；東南側(cè)為1號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站，基坑南側(cè)為C5通廊，西南側(cè)為C3轉(zhuǎn)運(yùn)站，C5通廊鏈接1號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站與C3轉(zhuǎn)運(yùn)站。本基坑周長(zhǎng)為140.9m，面積為633.69m2。本工程0.00=23.50m。

2.2 工程地質(zhì)條件

該建設(shè)場(chǎng)地地勢(shì)相對(duì)平坦，勘察期間場(chǎng)地地面標(biāo)高在24.42m～23.86m?；油翆訁?shù)表1所示，地勢(shì)剖面如圖1所示。

土層參數(shù) 表1

圖1 典型地勢(shì)剖面圖(單位：m)

2.3 水文地質(zhì)條件

勘察場(chǎng)地內(nèi)地下水為上層滯水，基本賦存于人工填積層中，主要補(bǔ)給來(lái)源于大氣降水、生活及生產(chǎn)用水。

3 圍護(hù)及監(jiān)測(cè)方案

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

選取基坑靠近鐵路一側(cè)B2轉(zhuǎn)運(yùn)站支護(hù)結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，最大開(kāi)挖深度為14.9m，支護(hù)結(jié)構(gòu)采取樁錨復(fù)合結(jié)構(gòu)支護(hù)。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)如圖2所示。

圖2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

樁體深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)為M1、M2、M3；周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)為C1、C2、C3、C4；錨索應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)為G1、G2、G3，如圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

3.3 監(jiān)測(cè)頻率

樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)頻率如表2所示。

監(jiān)測(cè)頻率 表2

3.4 基坑開(kāi)挖工況

見(jiàn)表3。

基坑開(kāi)挖工況 表3

4 基坑數(shù)值模擬

4.1 地應(yīng)力平衡

基坑工程數(shù)值模擬時(shí)，要對(duì)初始地應(yīng)力進(jìn)行平衡，如此才能確保模型的精準(zhǔn)性。地應(yīng)力平衡就是賦予天然狀態(tài)下的土體相應(yīng)的應(yīng)力，確保模擬結(jié)果更加接近真實(shí)情況，在ABAQUS操作時(shí)，地應(yīng)力平衡常采用的方法有自動(dòng)平衡閥和ODB導(dǎo)入法。

4.2 模型基本假定

①假定模型土體為均質(zhì)分布，且為彈—塑性體。

②假定基坑樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)為完全彈性體。

③基坑地下水位已經(jīng)降至開(kāi)挖面以下，且施工時(shí)做了降水與止水施工，因此不考慮地下水影響。

4.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表4所示。

支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù) 表4

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)材料參數(shù)如表5、表6所示。

樁體參數(shù) 表5

錨索參數(shù) 表6

4.4 開(kāi)挖模擬

利用ABAQUS數(shù)值模擬軟件單元“生死”功能對(duì)基坑進(jìn)行數(shù)值模擬，本基坑模擬共分為9個(gè)工況，11個(gè)分析步，具體情況見(jiàn)表7所示。

基坑模擬分析步 表7

4.5 基坑模型

選取基坑最薄弱部分B2轉(zhuǎn)運(yùn)站為建模對(duì)象，樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)基坑模型共劃分為95896個(gè)單元，12385個(gè)結(jié)點(diǎn)，模型尺寸為60m×48m×50m，基坑邊緣距運(yùn)煤軌道距離為2.89m～8.11m，基坑邊緣距建筑物距離為5.66m。

圖4 基坑模型詳圖

5 基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對(duì)比分析

5.1 樁體深層水平位移

施工現(xiàn)場(chǎng)布置M1～M3對(duì)樁體深層水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)分析如圖5所示。

圖5 樁體深層水平位移監(jiān)測(cè)-模擬數(shù)據(jù)對(duì)比

根據(jù)圖5可知，在不同的開(kāi)挖工況下，距離開(kāi)挖土層越遠(yuǎn)樁體深層水平位移變化量越小?；又虚g位置樁體深層水平位移總體變化量要大于基坑陽(yáng)角位置，且基坑L型樁體拐角位置樁體深層水平位移均值最小，表明樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)L型樁體對(duì)于抑制樁體深層水平位移具有一定的效果。并且樁體深層水平位移模擬數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總體變化趨于統(tǒng)一。樁體深層水平位移M1～M3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)極值分別為18.12mm、27.31mm、23.08mm，模擬數(shù)據(jù)極值分別為19.32mm、28.43mm、24.60mm。

5.2 錨索應(yīng)力

選取G1～G3監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖6所示。

圖6 錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)-模擬數(shù)據(jù)對(duì)比

根據(jù)圖6可知，基坑錨索應(yīng)力隨著基坑開(kāi)挖深度的增加呈現(xiàn)波動(dòng)性上升趨勢(shì)，第二、三排錨索應(yīng)力總體大于第一、四排錨索應(yīng)力值，并且基坑陽(yáng)角位置錨索應(yīng)力總體小于基坑非陽(yáng)角處錨索應(yīng)力值；基坑錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)大致相同且略大于監(jiān)測(cè)值；基坑第一、二、三、四排錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)極值分別為121.3kN、201.6kN、220.6kN、181.3kN，模擬數(shù)據(jù)極值分別為 128.41kN、203.65kN、221.43kN、180.52kN。

5.3 建筑物沉降

基坑施工時(shí)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別為C1、C2、C3、C4，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對(duì)比分析如圖7所示。

圖7 C1～C4建筑物沉降監(jiān)測(cè)-模擬數(shù)據(jù)對(duì)比

根據(jù)圖7分析可知，建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)變化趨于相同，且模擬數(shù)值均值稍大于監(jiān)測(cè)數(shù)值；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)都可以看出越靠近基坑陽(yáng)角位置建筑物沉降越大，且隨著建筑物距離基坑越遠(yuǎn)時(shí)，建筑物沉降整體均值越小；C1～C4建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)極值分別為-10.32mm、-11.65mm、-12.93mm、-11.54mm，模擬數(shù)據(jù)極值分別為-10.77mm、-11.64mm、-13.61mm、-11.53mm。

6 基坑預(yù)警值分析

基坑不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目規(guī)范預(yù)警值[11～12]如表8所示。

基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目規(guī)范預(yù)警值 表8

6.1 樁體深層水平位移預(yù)警值

根據(jù)圖8分析可知，樁體深層水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對(duì)比，可得樁體深層水平位移極值為28.43mm，樁體深層水平位移規(guī)范預(yù)警值為45mm，故在樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑施工中，將樁體深層水平位移調(diào)整為規(guī)范預(yù)警值的64%后，仍能保證基坑的安全性與穩(wěn)定性。

圖8 樁體深層水平位移監(jiān)測(cè)值、模擬值、規(guī)范預(yù)警值對(duì)比（單位：mm）

6.2 錨索應(yīng)力

根據(jù)圖9分析可知，錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對(duì)比可得錨索應(yīng)力極值為221.43kN，而現(xiàn)行錨索應(yīng)力規(guī)范預(yù)警值相對(duì)較大，將錨索應(yīng)力規(guī)范預(yù)警值做出合理的下調(diào)，仍可以保證基坑安全性與穩(wěn)定性。

圖9 錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)值、模擬值、規(guī)范預(yù)警值對(duì)比（單位：kN）

6.3 建筑物沉降

根據(jù)圖10分析可知，建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對(duì)比后，可得極值為13.61mm，建筑物沉降規(guī)范預(yù)警值為20mm，故將建筑物沉降預(yù)警值下調(diào)至現(xiàn)行規(guī)范預(yù)警值的69%后，仍可保證基坑的安全性與穩(wěn)定性。

圖10 建筑物沉降監(jiān)測(cè)值、模擬值、規(guī)范預(yù)警值對(duì)比（單位：mm）

7 結(jié)論

①樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑樁體深層水平位移預(yù)警值可下調(diào)至現(xiàn)行規(guī)范預(yù)警值64%，建筑物沉降預(yù)警值可下調(diào)至現(xiàn)行規(guī)范預(yù)警值的69%，錨索應(yīng)力也可根據(jù)工程實(shí)際，在現(xiàn)行規(guī)范預(yù)警值的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。調(diào)整后的預(yù)警值仍可以保證基坑的安全性與穩(wěn)定性。

②樁錨復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑L型樁體對(duì)于抑制樁體深層水平位移具有良好的效果，在一定程度上，對(duì)于保證基坑穩(wěn)定性與安全性起到了一定的作用。

③基坑不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)預(yù)警值的調(diào)整幅度均不相同，所以基坑動(dòng)態(tài)預(yù)警值的確定需根據(jù)基坑實(shí)際開(kāi)挖工況、實(shí)地監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬等實(shí)際情況綜合研判獲得。