海積淤泥地層深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的數(shù)值分析與監(jiān)測(cè)研究

楊圣春,孫海楓

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué),內(nèi)蒙古包頭 014010;2.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司,四川成都 610031)

海積淤泥地層深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的數(shù)值分析與監(jiān)測(cè)研究

楊圣春1,孫海楓2

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué),內(nèi)蒙古包頭 014010;2.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司,四川成都 610031)

通過(guò)數(shù)值分析與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)兩種方式,對(duì)深圳地鐵前海灣區(qū)交通樞紐工程深基坑圍護(hù)樁體的水平位移進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:施工過(guò)程中樁體水平變形值不大,但樁頂會(huì)出現(xiàn)偏離基坑的水平位移,從而造成第一層鋼支撐軸力降為零,并容易引起鋼支撐的脫落。

海積淤泥; 深基坑; 位移; 數(shù)值分析; 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

1 工程概述

研究工程為深圳地鐵前海灣地區(qū)交通樞紐工程的施工深基坑(深度約17.2m),區(qū)域內(nèi)廣泛分布有3～10m厚的海積淤泥及淤泥質(zhì)軟土,局部還有泥炭和泥炭質(zhì)土。基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)地層從上至下依次為:第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4 m L)、第四系全新統(tǒng)海積層(Q4m)、第四系全新統(tǒng)海沖積層(Q4m+al)、殘積層(Qel)、燕山期花崗巖(γ53)。該地層結(jié)構(gòu)比較松散,自穩(wěn)性差,透水性強(qiáng),施工中易發(fā)生坍塌、涌水、涌砂、變形、失穩(wěn)等現(xiàn)象。

基坑支護(hù)采用直徑1 200mm、間距 1 000mm沖孔樁加內(nèi)鋼管支撐形式,鉆孔樁樁間用直徑 600mm高壓旋噴樁作為止水帷幕。鉆孔灌注樁樁頂設(shè) 1 200 mm×1 000mm冠梁。主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段的豎向支撐由上到下共水平設(shè)置四道直徑600mm(t=16mm)鋼支撐,如圖1所示,深度距地表依次為1.8m、6.3m、5.7m、3.34m。

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置

2 數(shù)值模擬分析

數(shù)值分析軟件選用FLAC3D,數(shù)值分析模型的建立依據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)形式,由實(shí)體單元模擬,采用彈性模型,彈性模量 E取為3e10 Pa,泊松比0.3,密度2 500 kg/m3。為更好的模擬樁土之間的相互作用情況,方便樁身位移的提取,沖孔樁用Pile單元模擬,旋噴止水樁由實(shí)體單元模擬,四道水平鋼支撐及圈梁用beam單元模擬,如圖2所示。考慮到鋼支撐的實(shí)際情況,偏于安全的將水平鋼支撐的約束形式設(shè)定為雙向鉸接,以更準(zhǔn)確的模擬鋼支撐的受力。

圖2 Flac3D中圍護(hù)支撐結(jié)構(gòu)模擬

圖3 樁體水平位移曲線(數(shù)值計(jì)算)

圖 3為樁體水平位移的數(shù)值分析曲線圖,結(jié)果顯示:隨著基坑的持續(xù)開(kāi)挖,最大水平位移位置逐漸向下移動(dòng),最終停留在15m左右位置;樁體最大水平位移值在前三層逐漸加大,第三層開(kāi)挖達(dá)到最大值后,第四步時(shí)最大位移值比第三步縮小2.5 mm左右,這是由于隨著開(kāi)挖深度的增加基坑開(kāi)挖卸荷對(duì)深層土體的擾動(dòng)逐漸增加,從而導(dǎo)致樁體底部產(chǎn)生偏向基坑內(nèi)側(cè)的移動(dòng),這種趨勢(shì)會(huì)隨著開(kāi)挖深度的增加而愈加強(qiáng)烈;第一層鋼支撐出現(xiàn)受拉現(xiàn)象。

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的監(jiān)測(cè)采用北京航天三十三所制造的CX 3型測(cè)斜儀及讀數(shù)儀進(jìn)行,測(cè)量精度為0.1mm。

按對(duì)基坑工程控制變形的要求在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)土體埋設(shè)17根測(cè)斜管,編號(hào)為CX1～CX17。

監(jiān)測(cè)時(shí)將儀器探頭沿測(cè)斜管內(nèi)十字定向?qū)Р鄯胖凉艿?樁底),從底往頂每0.5m測(cè)讀一次數(shù)據(jù),得到每0.5 m的偏斜量;在基坑施工過(guò)程中把每次測(cè)量值與初值比較,即可得出樁(土)體不同深度處的位移量(測(cè)斜管底端埋設(shè)在基坑底,管底認(rèn)為是不動(dòng)的)。

為了保證測(cè)量精度,基坑開(kāi)挖前測(cè)讀兩次初始數(shù)據(jù)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間、基坑開(kāi)挖期間一般每三天觀測(cè)一次,基坑開(kāi)挖至底部且變形穩(wěn)定后每七天觀測(cè)一次。

17組測(cè)斜管的數(shù)據(jù)比較接近,研究過(guò)程中選擇了 CX 17號(hào)測(cè)斜管監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與FLAC3D數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究。CX17號(hào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖 4所示。

圖4 CX 17號(hào)樁體水平位移曲線(監(jiān)測(cè)值)

4 結(jié) 論

根據(jù)數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)比可知:施工過(guò)程中樁體水平變形值不大,但樁頂會(huì)出現(xiàn)偏離基坑的水平位移,從而造成第一層鋼支撐軸力降為零,并容易引起鋼支撐的脫落,因此在施工中應(yīng)予以充分的關(guān)注,以免造成事故。

[1] 謝康和,周健.巖土工程有限元分析理論與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2002

[2] 鐘茂華.地鐵施工圍巖穩(wěn)定性數(shù)值分析[M].北京:科學(xué)出版社,2006

[3] 王曙光.深基坑支護(hù)事故處理經(jīng)驗(yàn)錄[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005

[4] 龔曉南.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998

[5] 唱偉.超深基坑若干問(wèn)題的研究及工程實(shí)踐[D].吉林大學(xué),2004

[6] 楊志銀,張俊.深圳地區(qū)深基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006,25(2):3377-3383

[7] 李琳,楊敏,熊巨華.軟土地區(qū)深基坑變形特性分析[J].土木工程學(xué)報(bào),2007,40(4):66-69

TU433

B

2010-03-15

楊圣春(1978～),碩士,講師。