基于Plaxis的相鄰基坑開挖相互影響數值分析

高明尚，顏志豐，賈銀虎

(河北工程大學資源學院，河北 邯鄲056038)

近年來，隨著城市的不斷發展，地下工程越來越多，一些復雜大型工程常常會出現兩個甚至是多個相鄰基坑同期施工的情況。相關方面的分析研究也不斷增加。徐偉等［1］結合軟土地基臨江兩相鄰深基坑施工監測數據，分析了兩基坑同期開挖工程中臨近位置維護墻變形、支撐軸力和立柱沉降受到的影響。郭力群等［2］采用HS small(小應變硬化土)土體本構模型，分析了不同基坑間距對坑間土堤沉降、支護樁彎矩和位移的影響。戴佳立等［3］建立了深基坑開挖對周圍環境影響的綜合評價模型。本文對軟土地區采用地下連續墻支護的相鄰基坑，運用Plaxis軟件模擬分析了不同施工順序對基坑水平變形的影響。

1 有限元分析

上海外灘33號公共綠地及地下空間項目［4］，位于上海市黃浦區。項目中地下車庫分為南、北兩塊，基坑面積約為4 283 m2，基坑開挖深度為16.635 －18.135 m，兩地下室間距為21.4 m，土層情況見表1。

1.1 有限元模型概況

為了便于計算對模型進行了簡化。首先建立基坑模型A(左側)，然后建立緊鄰的基坑B(右側)的模型。兩基坑開挖深度均為17.5 m，基坑A寬度為78 m，基坑B寬度為28 m，兩基坑間距為21 m。基坑開挖邊線距離模型邊界為52 m，約為基坑開挖深度的3倍;土層厚度為52 m，約為基坑開挖深度的3倍，此時邊界的影響可以基本消除。模型兩邊垂直邊界處限制模型的水平位移為0，模型底部設置水平位移和豎向位移均為0。不考慮地下水的影響。采用地下連續墻進行維護，混凝土強度標號為C30，地連墻深38 m，厚1 m，在地面以下0、2.5、7.9 和12.1 m 處設置4 道支撐。地連墻采用板單元模擬，支撐采用點對點錨桿模擬。劃分過網格的二維模型如圖1所示。

1.2 本構模型及土層參數

本文采用了軟件內置的HS small模型進行模擬。Benz以HS模型為基礎，考慮了小應變范圍內土體剪切剛度和應變的非線性關系，提出了HS small(Hardening soil small－ strain model)模型［5］。HS small模型的剪切模量計算公式定義如下:

式中G－剪切模量;G0－土體的初始剪切模量;γ－剪切應變;γ0.7－G0衰減為70%時的剪切應變;Gur－卸載和再加載的剪切模量;Eur－卸載和再加載的楊氏模量;νur－卸載和再加載的泊松比。

HS small模型適用于預測基坑開挖的墻體變形、地表沉陷和墻背土體的側向變形［6］。

在文獻［4］所提供參數的基礎上，結合文獻［6－8］，確定出基坑模型計算所需要的土體的材料力學參數，如表1所示。

1.3 計算工況

在進行工況計算時，考慮到基坑A和B的寬度不同，分別按以下四種情況考慮，(1)單獨開挖基坑A;(2)基坑A和B同時開挖;(3)基坑A比基坑B超前1個工況開挖;(4)基坑B比基坑A超前1個工序開挖。每個基坑開挖時，均分為5個工況:工況0，地下連續墻施工;工況1，第一步開挖到3.1 m，同時加第一道支撐;工況2，第二步開挖到9.0 m，同時加第二道支撐;工況3，第三步開挖到14.5 m，同時加第三、四道支撐;工況4，開挖到 17.9 m。

2 結果及分析

2.1 單個基坑開挖情況

當單獨開挖基坑A時，由工況1—工況4地下連續墻的水平位移由13.1 mm增大到51.4 mm(如圖2中1－4所示)，在工況2時水平位移增加較大，主要原因是由支撐結構提供的支撐力比較小引起的。工況1、2中水平位移在地下連續墻的中部最大，工況4中則是下部水平位移最大。

表1 土層參數表Tab.1 The table of soil parameter

2.2 兩個基坑同時開挖情況

當兩個基坑同時開挖時，如圖2中5－8所示，最大水平位移以及外側的兩個邊與單個基坑開挖相差不大，但基坑B的位移要小。兩基坑中間土體由于同時受到兩側基坑開挖的影響，與單個基坑有所不同，中上部的地下連續墻位移向土體偏移，并且基坑B地下連續墻0水平位移點要比基坑A更向下，引起上述不同的主要原因是兩基坑開挖寬度不同。

2.3 基坑A超前1個工況的情況

基坑A超前開挖的情況如圖3中1－5所示，最大水平位移與單個基坑開挖的情況相差不大。由于基坑A超前1個工況開挖，基坑B在地下連續墻施工和第一步開挖時，基坑B位于兩基坑中間的地下連續墻整體向基坑A方向偏移，與兩基坑同時開挖的情況有所差別。當基坑A開挖完成后，基坑B位于兩基坑中間部位的地下連續墻隨著基坑B的開挖位移為0的點會向下移動。

2.4 基坑B超前1個工況的情況

當基坑B第一、二步開挖時，基坑A位于中間土體的地下連續墻受影響較大，向基坑A方向的偏移很小，而基坑B中間土體的地下連續墻則向基坑B方向偏移量與兩個基坑同時開挖的情況相比較大。基坑B開挖結束后，基坑A位于中間的地下連續墻0位移點隨著基坑A的繼續開挖會向下移動。

3 結論

1)最大水平位移受施工順序的影響較小，但兩基坑中間部位的圍護結構受到施工順序的影響向先施工的基坑方向偏移，而且0水平位移點，在先施工的基坑完成后會隨著后施工基坑的施工向下移動。

2)在基坑開挖較淺時受先施工基坑的影響比開挖較深時受的影響要大。

［1］徐偉，夏喬網，徐鵬飛，等.軟土地基臨江特大型相鄰深基坑同期施工監測分析［J］.巖石力學與工程學報，2013，32(Z1):2676－2693.

［2］郭力群，程玉果，陳亞軍.不同間距下相鄰基坑相互影響數值分析［J］.華僑大學學報:自然科學版，2014，35(1):92－96.

［3］戴佳立，張建新，杜文奇，等.深基坑工程對周圍環境影響的安全評價［J］.河北工程大學學報:自然科學版，2011，28(3):21－25.

［4］龔曉南.基坑工程實例［M］.北京:中國建筑工業出版社，2012.

［5］T BENZ.Small－strain Stiffness of Soils and Its Numerical Consequence［D］.Stuttgart:University of Stuttgart，2006.

［6］龔東慶，鄭淵仁，硬化土體模型分析基坑擋土壁與地盤變形的評估［J］.巖土工程學報，2010，32(Z2):175－178.

［7］尹驥，小應變硬化土模型在上海地區深基坑工程中的應用［J］.巖土工程學報，2010，32(Z1):166－172.

［8］王衛東，王浩然，徐中華.基坑開挖數值分析中土體硬化模型參數的試驗研究［J］.巖土力學，2012，33(8):2383－2390.