深基坑變形數(shù)值模擬結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析*

戴清寶

(浙江恒欣設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司福建勘察分公司 福建 泉州 362000)

隨著車(chē)庫(kù)的需求量日漸增長(zhǎng),地下室?guī)缀跻殉蔀樯唐纷≌瑯羌稗k公樓的標(biāo)配,地下室的開(kāi)挖,將影響周邊建(構(gòu))筑物的安全,基坑支護(hù)應(yīng)運(yùn)而生。土釘墻作為一種最常見(jiàn)的基坑支護(hù)型式,有著工藝成熟、工期短、造價(jià)省等優(yōu)點(diǎn),成為眾多基坑工程的首選方案,在基坑支護(hù)工程中應(yīng)用非常廣泛。GB 55003-2021建筑與市政地基基礎(chǔ)通用規(guī)范于2022年1月1日起正式實(shí)施,該規(guī)范第7.1.3條[1]將基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及基坑周邊土體的變形計(jì)算列入強(qiáng)制性條文要求,土釘墻支護(hù)體系下的周邊土體變形理論計(jì)算與工程實(shí)際變形量是否存在較大差異? 這是一個(gè)值得我們考證的內(nèi)容。

1 工程實(shí)例概況

工程場(chǎng)地位于泉州市惠安縣,場(chǎng)地原為舊民房,場(chǎng)地已整平至±0.000(黃海高程32.60 m)。場(chǎng)地西側(cè)7 m 范圍外為民房(1-4F、淺基、石砌、磚混或簡(jiǎn)易民房、持力層為粉質(zhì)黏土或殘積砂質(zhì)粘性土),北側(cè)民房已拆除,僅存舊圍墻。南東二側(cè)均為現(xiàn)狀水泥路。建筑物下設(shè)一層整體地下室,基礎(chǔ)類(lèi)型為淺基礎(chǔ),地下室面積約4 400 m2,支護(hù)周長(zhǎng)約315 m,基坑最大支護(hù)深度約6.95 m,基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí),重要性系數(shù)γ0=1.0[2]。

1.1 工程地質(zhì)概況

按地貌類(lèi)型劃分,本場(chǎng)地屬?zèng)_洪積平原,地勢(shì)較平緩,據(jù)本勘資料,場(chǎng)地內(nèi)除表層人工填土(Q4ml),第四系土層為沖洪積(Q4al-pl)及殘積(Q4el)成因,基底為花崗巖類(lèi)巖石(γ53)。工程場(chǎng)地地貌屬殘積臺(tái)地地貌單元,場(chǎng)地地層分布情況自上而下分別為:雜填土、粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖等,物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1,相關(guān)地層描述如下:

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)表

1.1.1 雜填土

灰黃、灰褐等雜色,干,松散,為新近回填(年限<1年),未經(jīng)專(zhuān)門(mén)壓實(shí)處理,均勻性及密實(shí)度差,呈欠固結(jié)狀態(tài),并具濕陷性,本層以粘性土為主,混含建筑垃圾與少量砂、碎石,其中硬質(zhì)物約占15%～25%;該層場(chǎng)地內(nèi)均有分布,層厚為0.40～2.40 m。

1.1.2 粉質(zhì)黏土

淺黃、灰黃色,濕,可塑,主要由粘、粉粒組成,土質(zhì)較均勻,粘性較強(qiáng),切面稍光滑,無(wú)搖振反應(yīng),干強(qiáng)度高,韌性中等,含鐵錳質(zhì)氧化物;該層場(chǎng)地內(nèi)均有分布,層厚為0.90～3.80 m,層頂埋深0.40～2.40 m。

1.1.3 殘積砂質(zhì)粘性土

灰黃色,濕,可塑,捻面稍有光澤,無(wú)搖震反應(yīng),干強(qiáng)度、韌性中等,為花崗巖風(fēng)化殘積形成,成分以粘性土為主,有少量的細(xì)粒石英顆粒,粒徑>2.0 mm 的含量范圍值為5.9%～14.3%,長(zhǎng)石及暗色礦物已全部風(fēng)化成黏土礦物,具有泡水易軟化崩解的特性;該層場(chǎng)地內(nèi)均有分布,層厚為3.90～9.50 m,層頂埋深為1.60～4.50 m。

1.1.4 全風(fēng)化花崗巖

黃褐色、飽和,中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu),散體狀構(gòu)造,風(fēng)化顯著但不均,標(biāo)貫擊數(shù)實(shí)測(cè)值N>30 擊/30 cm,巖芯呈砂土狀,遇水易軟化,原生礦物清晰,含多量次生礦物,為極軟巖,巖體極破碎,巖石基本質(zhì)量等級(jí)V 級(jí),質(zhì)量指標(biāo)極差,未發(fā)現(xiàn)洞穴、臨空面、風(fēng)化孤石及“軟弱”夾層;該層場(chǎng)地內(nèi)均有分布,層厚為0.40～4.30 m,層頂埋深為7.50～12.80 m。

1.2 水文地質(zhì)概況

雜填土:透水性強(qiáng),富水性較弱;粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖:含水性與透水性較弱(為弱透水性層)。地下水賦存特征為:根據(jù)本工程勘察資料,地下水類(lèi)型為孔隙潛水,賦存于雜填土、粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖中,主要靠大氣降水與地表逕流下滲補(bǔ)給故其富水性受季節(jié)性制約。

工程場(chǎng)地勘察期間測(cè)得鉆孔孔內(nèi)初見(jiàn)水位埋深距現(xiàn)地表1.50～2.90 m(黃海標(biāo)高為28.74～30.97 m),穩(wěn)定水位埋深距現(xiàn)地表2.10～3.60 m(黃海標(biāo)高為28.14～30.27 m),據(jù)當(dāng)?shù)孛窬{(diào)查與建設(shè)方提供當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)水文資料,本場(chǎng)地地下水變化幅度1.00～2.00 m,工程場(chǎng)地3～5年最高水位黃海標(biāo)高為31.00 m;歷史最高水位黃海標(biāo)高為32.30 m。

表2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)累積位移量統(tǒng)計(jì)表

1.3 基坑支護(hù)方案

基坑支護(hù)的方式較多,近年來(lái)福建沿海一帶用的比較多的支護(hù)型式有土釘墻、拉森鋼板樁+預(yù)應(yīng)力錨索、SMW 工法樁+預(yù)應(yīng)力錨索、SMW 工法樁+鋼管內(nèi)支撐、排樁+內(nèi)支撐等。結(jié)合本工程周邊情況、地質(zhì)條件、開(kāi)挖深度等條件,本基坑工程最終采用土釘墻的支護(hù)型式。

此次對(duì)比分析選取本工程案例的其中一個(gè)支護(hù)剖面進(jìn)行,選取的支護(hù)剖面圖見(jiàn)圖1。

圖1 支護(hù)剖面圖

2 變形數(shù)值模擬分析

2.1 模型構(gòu)成

采用Midas Soilworks計(jì)算軟件,利用有限元分析法,對(duì)經(jīng)土釘墻加固后的基坑側(cè)壁進(jìn)行數(shù)值模擬變形分析。計(jì)算模型利用基坑結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性,取典型剖面對(duì)基坑側(cè)壁土體進(jìn)行計(jì)算分析,計(jì)算范圍:基坑坑頂外取基坑開(kāi)挖深度的2.5倍,基坑坑底以下取基坑開(kāi)挖深度的1.0倍。

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果

根據(jù)Midas Soilworks軟件計(jì)算結(jié)果,水平位移最大值約1.8mm,水平位移模擬結(jié)果見(jiàn)圖2,豎向位移最大值約14.3 mm,豎向位移模擬結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖2 水平位移模擬結(jié)果

圖3 豎向位移模擬結(jié)果

3 基坑監(jiān)測(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

該基坑現(xiàn)地下室外圍土方已回填完成,基坑安全隱患已排除,基坑暴露總時(shí)長(zhǎng)約70天,監(jiān)測(cè)單位共出具52份監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)報(bào),該支護(hù)剖面段水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為P6、P7、P8,豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為S6、S7、S8,深層水位位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為X3、X4,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最終累積位移量見(jiàn)表2。

4 對(duì)比分析

本基坑由建設(shè)單位委托具有相應(yīng)資質(zhì)的第三方對(duì)基坑變形情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)、監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)單位根據(jù)施工圖及《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[3]的要求實(shí)施監(jiān)測(cè)工作,本文假設(shè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基坑變形情況的真實(shí)體現(xiàn)。

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),坡頂水平位移累積位移量最大的點(diǎn)為P7,累積位移量為13.51mm,坡頂豎向位累積位移量最大的點(diǎn)為S7,累積位移量為9.54 mm,深層水平位移累積位移量最大的點(diǎn)為X3,累積位移量為10.66 mm。數(shù)值模擬計(jì)算該剖面段水平位移最大值1.8 mm,豎向位移最大值14.3 mm,不難發(fā)現(xiàn),數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與基坑實(shí)際位移量存在較大差異,說(shuō)明數(shù)值模擬結(jié)果參考價(jià)值并不高。

5 結(jié)結(jié)

基坑變形的數(shù)值模擬結(jié)果與監(jiān)測(cè)測(cè)得的實(shí)際變形存在較大差異,即理論與實(shí)際存在較大差異,歸結(jié)為以下幾點(diǎn):

(1)數(shù)值模擬計(jì)算,是將巖土層以參數(shù)形式量化后進(jìn)行的模擬分析,而計(jì)算所采用的巖土層物理力學(xué)參數(shù),是勘察單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試或室內(nèi)試驗(yàn)后所取,其中難免存在差異。

(2)數(shù)值模擬計(jì)算是選取剖面段范圍最具代表性的地層進(jìn)行模擬,然而實(shí)際上不同位置各地層的埋深、層厚等是存在一定差異的。

(3)理論計(jì)算是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)設(shè)定的邊界條件進(jìn)行的,施工現(xiàn)場(chǎng)不大可能和設(shè)計(jì)設(shè)定的邊界條件完全一致,包括坡頂荷載、支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量等。