分層開挖對基坑變形影響的研究

[摘要]以中原萬達廣場塔吊基坑開挖工程為算例，通過數值模擬開挖方式（分層開挖）的不同對周圍環境的影響，分析表明：該基坑選用分4層開挖（即每層開挖2 m）是較為經濟、安全的開挖方式，且在距坑底1/3開挖深度處水平位移較大，基坑支護應在此處加強。

[關鍵詞]分層開挖；基坑變形；水平位移；數值模擬；FLAC3D

[中圖分類號]TU745.3[文獻標識碼] A

隨著經濟與技術力量的發展，現代城市生活對地下空間的應用要求也越來越高，如大型的地下停車場、地下商場、地下糧倉等，因而使得基坑的開挖深度也在不增大，如上海交大海洋深水試驗池開挖深度達39 m之多。對于這些深基坑從開挖到支護，諸多因素會對基坑的穩定及周圍環境有著不同程度的影響，而開挖方式的不同對基坑變形影響較大。常見的基坑開挖方式有：分層開挖，文中通過數值模擬軟件FLAC3D對分層開挖結果進行分析。

1工程算例

鄭州中原萬達廣場，地塊位于鄭州中原區，東至秦嶺路、南臨伊河路、西至華山路、北至中原路，文中算例選用鄭州中原萬達廣場塔吊基座基坑，基坑開挖深度為-8.0 m，開挖長寬為10 m×10 m，假定基坑為無支護天然開挖，算例中土層參數如表1：

2數值模型的建立

數值計算選用莫爾-庫侖模型。考慮開挖影響區域[1][2]，模型大小選用：50 m×50 m×20 m，開挖區域為：10 m×10 m×8 m，將表1的土層參數換算成FLAC3D軟件識別的參數[3]，如表2：

2.1計算結果分析

通過FLAC3D模擬得到1層開挖、2層開挖（4m/層）、4層開挖（2m/層）、8層開挖（1m/層），開挖結果如下：

圖1是幾種不同分層開挖方式下基坑坑壁的水平位移圖，圖中數據表明在基坑在無支護開挖時，基坑坑壁的水平位移呈現出頂部及底部位移較小，其中底部位移最大只有4 mm，這主要是基坑坑底的土體對基坑側壁的位移有約束。坑壁最大位移發生在距離基坑底1/3開挖深度處，因此工程做基坑支護設計時，應在此處加大約束，如加強錨桿的預應力、加長土釘的長度等。分層開挖對基坑坑壁的位移影響明顯，無支護開挖最大位移達18 mm，而分4層開挖時，最大位移僅有12 mm，且整體位移曲線都偏小。圖2是幾種不同分層開挖方式下基坑坑外地表的沉降圖，圖中表明了在各種開挖方式下，坑外地表沉降在開挖面處最小，但沉降值隨著至開挖面距離的增加而增大，在2倍的開挖深度處沉降達到最大值，之后趨于穩定。

圖1、圖2同時還表明了，分4層及分8層開挖時，對基坑的約束變形都起來較好的作用，但是分8層開挖時，對基坑約束變形較之分4層開挖工況下效果并不明顯，從便于實際施工的角度，該工程分4層開挖較為安全且經濟。

3結論

本研究通過數值模擬計算，得到幾種不同分層開挖方式下基坑坑壁的水平位移及坑外地表沉降數值，通過對比分析說明：該基坑選用分4層開挖（即每層開挖2 m）是較為經濟、安全的開挖方式。由水平位移曲線也說明了在距坑底1/3開挖深度處水平位移較大，基坑支護應在此處加強。

參考文獻：

[1]吳忠誠，湯連生，廖志強等.深基坑復合土釘墻支護FLAC-3D模擬及大型現場原位測試研究[J].巖土工程學報，2006，28（增刊）.

[2]丁勇春，周順新，王建華.深基坑開挖與土釘支護三維數值分析[J].上海交通大學學報，2011.

[3]陳育民，徐鼎平.FLAC/FLAC3D基礎與工程實例[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

作者簡介：李剛（1982-），男，洛陽隆君建設工程有限公司，從事地下結構施工及研究工作。

鄭霞（1986-），女，洛陽隆君建設工程有限公司，從事地下結構施工及研究工作。