不同逆作法深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)基坑結(jié)構(gòu)變形研究

嚴(yán)建平

(新疆水發(fā)建設(shè)集團(tuán)有限公司庫木蘇項(xiàng)目部,新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

基坑工程是巖土工程領(lǐng)域重要與難點(diǎn)工程領(lǐng)域,其設(shè)計(jì)與施工方法的研究一直以來是工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),伴隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程的持續(xù)加快,以逆作法深基坑為代表的深基坑施工方法不斷發(fā)展,促進(jìn)了基坑工程建設(shè)水平的不斷提高[1-2]。深基坑逆作法施工在降低基坑施工變形和節(jié)約工期等發(fā)揮重要作用,基坑工程中地連墻是重要的施工結(jié)構(gòu),對維護(hù)逆作法深基坑的工程穩(wěn)定性具有重要意義[3]。

逆作法深基坑中地連墻是重要的支護(hù)結(jié)構(gòu),地連墻支護(hù)參數(shù)對逆作法深基坑變形和受力特征具有重要影響,因此,研究地連墻支護(hù)參數(shù)對逆作法深基坑變形具有重要意義。本文以逆作法深基坑中地連墻結(jié)構(gòu)為研究對象,分析不同逆作法深基坑地連墻支護(hù)參數(shù)對深基坑變形影響規(guī)律。

1 逆作法深基坑數(shù)值模型

1.1 逆作法深基坑模型

為分析逆作法深基坑地連墻結(jié)構(gòu)參數(shù)對基坑變形的影響特征,通過建立逆作法深基坑有限元數(shù)值分析模型,研究逆作法深基坑地連墻插入比、地連墻厚度和地連墻剛度等參數(shù)的影響。為消除邊界效應(yīng)的影響,逆作法深基坑數(shù)值模型尺寸為350 m×170 m×55 m,地連墻深度為30 m。逆作法深基坑數(shù)值模型的邊界條件設(shè)置為數(shù)值模型底部限制豎直和水平的位移,模型頂部為自由邊界,逆作法深基坑模型左右兩側(cè)限制水平方向位移,模型前后兩側(cè)限制水平方向位移。逆作法深基坑模型荷載施加僅考慮自重應(yīng)力的影響,模型構(gòu)建后賦予不同地層參數(shù),同時(shí),進(jìn)行模型初始應(yīng)力平衡。

本構(gòu)模型是逆作法深基坑數(shù)值分析的關(guān)鍵,根據(jù)巖土工程材料的特性,逆作法深基坑數(shù)值模型地連墻結(jié)構(gòu)參數(shù)分析選擇采用Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則。逆作法深基坑地層主要包含四層,各個(gè)地層的力學(xué)參數(shù),如表1所示,支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)主要混凝土和鋼支撐材料,混凝土重度為25.0 kN/m3、彈性模量為25.0 GPa和泊松比為0.2,鋼支撐材料重度為78.0 kN/m3、彈性模量為220 GPa和泊松比為0.3。

表1 材料的物理力學(xué)參數(shù)

1.2 逆作法深基坑分析工況

根據(jù)地連墻的主要參數(shù),逆作法深基坑分析工況主要考慮了地連墻插入比、地連墻厚度和地連墻剛度等參數(shù)的影響。逆作法深基坑地連墻插入比主要是考慮地連墻嵌入到開挖基坑底部以下的長度,地連墻插入比定義為嵌入到開挖基坑底部以下的長度與基坑深度的比值,地連墻插入比的取值范圍為0.5～1.2,共設(shè)置0.5、0.6、0.8、1.0和1.2等5種工況。地連墻厚度是逆作法深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要參數(shù),地連墻插入比和地連墻剛度保持一致,地連墻厚度共設(shè)置0.6、0.8、1.0、1.20和1.40 m等5種工況。地連墻剛度對逆作法深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有重要影響,是影響逆作法深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要因素,地連墻插入比和地連墻厚度保持一致的條件下,地連墻剛度共設(shè)置分別為5.6×109kN/m-2、6.3×109kN/m-2、7.5×109kN/m-2和、8.6×109kN/m-2等4種工況。

2 逆作法深基坑數(shù)值模型

2.1 地連墻插入比結(jié)果

為分析逆作法深基坑地連墻對基坑結(jié)構(gòu)的變形影響,地連墻插入比的影響重點(diǎn)分析了逆作法深基坑施工導(dǎo)致的地連墻最大水平位移、地表沉降和基坑隆起等變形指標(biāo),根據(jù)逆作法深基坑不同地連墻插入比數(shù)值分析結(jié)果,如表2所示。

表2 不同地連墻插入比變形指標(biāo)

根據(jù)表2不同地連墻插入比變形指標(biāo)結(jié)果,當(dāng)?shù)剡B墻插入比由0.5增大至1.2時(shí),基坑開挖施工影響范圍內(nèi),最大地表沉降值由42.50 mm降低到35.50 mm,減小約16.47%,隨著地連墻插入比的逐漸增大,對基坑周圍地表的變形控制能力不斷增強(qiáng),由于逆作法深基坑施工產(chǎn)生的地表沉降值也逐漸減小。根據(jù)表2中不同地連墻插入比條件下最大基坑坑底隆起結(jié)果,隨著地連墻插入比逐漸增加,最大基坑坑底隆起值也逐漸減低,地連墻嵌入到開挖基坑底部以下的長度越大,對基坑坑底土體變形控制能力越強(qiáng),當(dāng)?shù)剡B墻插入比由0.5增大至1.2時(shí),在基坑開挖施工的影響范圍內(nèi),逆作法深基坑最大基坑坑底隆起值由151.60 mm減小至120.30 mm,減小約20.65%。根據(jù)表2中不同地連墻插入比條件下地連墻最大水平位移結(jié)果,隨著地連墻插入比逐漸增加,地連墻最大水平位移值也逐漸減低,地連墻嵌入到開挖基坑底部以下的長度越大,提高了地連墻抵抗變形能力,當(dāng)?shù)剡B墻插入比由0.5增大至1.2時(shí),在基坑開挖施工的影響范圍內(nèi),逆作法深基坑最大基坑坑底隆起值由45.20 mm減小至36.10 mm,減小約20.13%。不同地連墻插入比與變形指標(biāo)擬合關(guān)系,可以得到地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑坑底隆起值與地連墻插入比符合指數(shù)函數(shù)變化關(guān)系,結(jié)果顯示擬合精度較高,因此,可以采用指數(shù)定量關(guān)系對不同地連墻插入比的變形特征進(jìn)行預(yù)估分析。

2.2 地連墻厚度結(jié)果

為研究不同逆作法深基坑地連墻厚度對基坑結(jié)構(gòu)的變形影響,以逆作法深基坑地連墻最大水平位移、地表沉降和基坑隆起為變形指標(biāo),根據(jù)逆作法深基坑不同地連墻厚度數(shù)值分析結(jié)果,如表3所示,分析不同地連墻厚度對基坑結(jié)構(gòu)的變形影響。

表3 不同地連墻厚度變形指標(biāo)

根據(jù)表3不同地連墻厚度變形指標(biāo)結(jié)果,整體上,隨著逆作法深基坑地連墻厚度的增大,地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑隆起值均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,但降幅略有差異。當(dāng)?shù)剡B墻厚度由0.6增大至1.40時(shí),基坑開挖施工影響范圍內(nèi),最大地表沉降值由36.50 mm降低到31.30 mm,減小約14.25%,地連墻厚度的增加提高了地連墻強(qiáng)度,使得對臨近地表的影響在一定成程度上減弱。當(dāng)逆作法深基坑地連墻厚度由0.6增大至1.40時(shí),基坑開挖施工影響范圍內(nèi),最大基坑坑底隆起值由115.60 mm降低到103.70 mm,減小約10.3%,地連墻厚度的增加減弱了基坑開挖應(yīng)力解除后,坑底土體的快速變形與強(qiáng)度。當(dāng)逆作法深基坑地連墻厚度由0.6增大至1.40時(shí),基坑開挖施工影響范圍內(nèi),地連墻最大水平位移值由45.10 mm降低到33.60 mm,減小約25.5%,地連墻厚度的增加提高了地連墻強(qiáng)度,使得地連墻變形能力增強(qiáng),隨著地連墻厚度增加,地連墻水平位移逐漸減小。不同地連墻厚度與變形指標(biāo)擬合關(guān)系,可以得到地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑坑底隆起值與地連墻厚度符合線性函數(shù)變化關(guān)系,結(jié)果顯示擬合精度較高,因此,可以采用線性定量關(guān)系對不同地連墻厚度的變形特征進(jìn)行預(yù)估分析。

2.3 地連墻剛度結(jié)果

為分析逆作法深基坑地連墻剛度對基坑結(jié)構(gòu)的變形影響,逆作法深基坑變形指標(biāo)包括地連墻最大水平位移、地表沉降和基坑隆起等,提取逆作法深基坑不同地連墻剛度數(shù)值分析結(jié)果,如表4所示。

表4 不同地連墻剛度變形指標(biāo)

根據(jù)表4不同地連墻剛度變形指標(biāo)結(jié)果,隨著逆作法深基坑地連墻剛度的增大,逆作法深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形能力增強(qiáng),地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑隆起值均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,地連墻剛度對不同變形指標(biāo)的影響程度存在差異。當(dāng)?shù)剡B墻剛度由5.6×109kN/m2增大至8.6×109kN/m2時(shí),基坑開挖施工影響范圍內(nèi),最大地表沉降值由33.10 mm降低到26.50 mm,減小約19.9%,地連墻剛度的增加提高了地連墻抵抗變形的能力,地連墻剛度越大減弱了基坑土體向開挖空間變形的趨勢。當(dāng)逆作法深基坑地連墻剛度由5.6×109kN/m2增大至8.6×109kN/m2時(shí),基坑開挖施工影響范圍內(nèi),最大基坑坑底隆起值由135.20 mm降低到123.70 mm,減小約8.5%,地連墻剛度的增加使得土體變形趨勢減緩,逆作法深基坑坑底土體變形也降低。當(dāng)逆作法深基坑地連墻剛度由5.6×109kN/m2增大至8.6×109kN/m2時(shí),基坑開挖施工影響范圍內(nèi),地連墻最大水平位移值由46.20 mm降低到37.80 mm,減小約18.2%,隨著地連墻剛度增加,地連墻水平位移逐漸減小。不同地連墻剛度與變形指標(biāo)擬合關(guān)系,可以得到地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑坑底隆起值與地連墻厚度符合指數(shù)函數(shù)變化關(guān)系,結(jié)果顯示擬合精度較高,因此,可以采用指數(shù)定量關(guān)系對不同地連墻剛度的變形特征進(jìn)行預(yù)估分析。

3 結(jié)語

為研究逆作法深基坑重點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻參數(shù)對基坑變形的影響,分析了逆作法深基坑地連墻插入比、地連墻厚度和地連墻剛度等參數(shù)對逆作法深基坑變形的影響,主要研究結(jié)論包括:

(1)當(dāng)?shù)剡B墻插入比由0.5增大至1.2時(shí),地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑隆起值均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,降幅分別為16.47%、 20.65% 和20.13%。根據(jù)不同地連墻插入比與變形指標(biāo)擬合關(guān)系,地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑坑底隆起值與地連墻插入比符合指數(shù)函數(shù)變化關(guān)系。

(2)隨著逆作法深基坑地連墻厚度的增大,地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑隆起值均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,降幅分別為14.25%、10.3%和 25.5%,不同地連墻厚度與變形指標(biāo)擬合關(guān)系,可以得到地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑坑底隆起值與地連墻厚度符合線性函數(shù)變化關(guān)系。

(3)隨著逆作法深基坑地連墻剛度的增大,地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑隆起值均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,降幅分別為19.9%、8.5%和18.2%,根據(jù)不同地連墻剛度與變形指標(biāo)擬合關(guān)系,可以得到地連墻最大水平位移、最大地表沉降和最大基坑坑底隆起值與地連墻厚度符合指數(shù)函數(shù)變化關(guān)系。