深基坑圍護結構水平位移變形分析

文/王林 中交隧道工程局有限公司 江蘇南京 210000

深基坑圍護結構水平位移變形分析

文/王林 中交隧道工程局有限公司 江蘇南京 210000

為對深基坑圍護結構水平位移變形展開分析，本文對南京市緯三路過江通道工程江北明挖段基坑監測資料展開了分析，發現深基坑圍護結構水平方向最大變形位于開挖斷面附近，基本符合工程經驗。在此基礎上，則對監測數值展開了模擬分析，發現可以根據設計圍護結構厚度完成水平位移最大側移值的預測。

深基坑圍護結構；水平位移；變形分析

隨著城市化建設的不斷推進，在大城市進行深基坑開挖也將遭遇更多的管道線路和密集的建筑物。而一旦深基坑開挖過程中出現較大變形，就可能導致周圍建筑物的安全遭受威脅。所以就目前來看，深基坑變形控制問題引起了人們的關注。因此，相關人員還應加強深基坑圍護結構水平位移變形問題的研究，以便利用獲得的變形規律實現深基坑變形控制。

1、工程概況

南京緯三路過江通道工程江北明挖段為地下2層結構，采取明挖順作法進行工程施工。全長約173m，基坑開挖深度達13.1-22.1m，寬度27.7-37.6m，采用800-1200mm厚地下連續墻和5道支撐作為支護結構。在5道支撐中，第一道為900*1000mm混凝土支撐，其余則為鋼支撐，直徑609mm，厚度為16mm，支撐間距400cm。從工程地質特征上來看，開挖范圍內的土層除表層為②1軟塑狀粘土外，基本均為②2層流塑淤泥質粉質粘土，開挖深度以下為②2 層流塑淤泥質粉質粘土，③1層軟塑-流塑狀粉質粘土夾粉砂、④1層及④3層中密-密實粉砂、⑤2層礫砂及⑤3層卵礫石。

2、深基坑圍護結構水平位移變形分析

圍護結構水平位移的監測是確定基坑圍護體系變形和受力的最重要的觀測手段，通常采用測斜手段進行觀測。在深基坑施工過程中，我們發現圍護結構地下連續墻趾進入開挖面以下的較深底部基本無位移產生。在不斷進行深層土體開挖過程中，墻體最大水平變形將隨著開挖加深向下移動，并在開挖斷面附近出現，導致圍護結構水平位移曲線由“踢腳形”變為“大肚形”[1]。并且，已加支撐處的變形較小。為對深基坑圍護結構水平位移變形展開分析，我們了選取3個(CX03，CX08,CX15) 深層水平位移監測點，它們分別位于圍護結構不同位置而開挖深度基本相同的，平面位置如圖1所示。通過對其變形情況進行監測，并按數值模擬對水平位移變形進行模擬分析，以尋求防治變形的有效措施。

圖1 監測點平面布置圖

2.1 圍護結構水平位移變形情況

2.1.1 同一測點變形情況

針對多支撐基坑圍護結構，在未達到設計支撐強度的情況下進行開挖作業，圍護結構變形情況與自立式圍護結構相似，可將管底設置為基準點。完成頂層支護后，管頂變形受限。隨著開挖深度的增加，管底將發生變形，此時應將管頂設置為基準點，然后從上至下完成深度變形值的累計，并直至完成開挖作業[2]。分析同一測點在不同開挖深度的變形情況可以發現，由于工程第1道支撐為混凝土支撐，并且采取多支撐結構，所以測點頂部變形為零。隨著基坑開挖深度的不斷增加，最終坑底附近出現了最大變形。在設計開挖標高往下的位置，變形則持續收縮。隨著開挖作業持續進行，墻體最大變形位置基本保持不變。但受坑外土體作用，最大值有所提高。

2.1.2 不同位置測點在同一開挖深度變形情況

分析對比上面3個監測點在開挖過程中的水平變形曲線（如圖2所示）。不難發現，位于基坑長邊中間、陽角處位置的測點CX08和CX03，水平位移最大，而位于基坑端頭和陰角的測點CX15，水平位移則相對較小。

2.2 圍護結構水平位移數值模擬

在深基坑圍護結構變形分析上，采取現場試驗通常需要花費較大代價驗證分析結果。采取數值模擬方法進行分析，則能夠利用工程經驗和數值計算完成圍護結構變形規律的分析總結。

2.2.1 分析模型

針對位于基坑邊中心位置的測點，可利用分析模型對測點變形情況進行擬合。具體來講，就是結合地質勘探土層數據，并利用PLAXIS有限元軟件將薄土層與參數相近土層合并，從而實現土層分布的簡化。在模擬類型設置上，應選擇平面應變，然后利用模擬結果進行測點測斜曲線擬合。在模擬過程中，需使用HS本構模型進行土體模擬，并使用彈性模型進行地下連續墻的模擬。考慮到接觸面強度參數應比相連土體強度參數要低，還要用折減系數進行接觸面強度參數與土層摩擦角及黏聚力間關系的描述[3]。對比實測值和模擬值可以發現，擬合值能夠較好的反映實際值變化。

2.2.2 變形預測分析

地下墻的連續變形，會受到連續墻等效厚度、土層條件、插入比和開挖深度等因素的影響。所以在保持其他因素不變的條件下可以通過改變連續墻厚度來實現對圍護結構的變形控制。通過模擬分析可以發現，圍護結構厚度的增加，并未影響到墻體最大變形位置。但隨著厚度的增加，最大變形值則在不斷減小。由于得到的擬合曲線基本符合正態分布，所以在與該工程有著等同條件的區域，可以在明確連續墻設計厚度的基礎上完成圍護結構水平位移變形情況的預估。該工程圍護結構厚度在0.8-1.2m之間，能夠在連續墻厚度增加的情況下發揮顯著抑制變形作用。因此在實際工程建設中，想要降低深基坑圍護結構水平位移變形，依靠增加連續墻厚度可以達成預期目標。

結論：

通過對深基坑圍護結構水平位移變形展開分析可以發現，圍護結構最大側移值將在開挖斷面附近出現。在狹長型深基坑施工過程中，靠近基坑長邊中間位置和陽角的測點有較大變形，靠近端頭位置的測點變形相對要小。此外，圍護結構厚度在一定范圍內，通過增加地下連續墻厚度能夠較好進行結構水平位移變形的抑制。

[1]胡斌,郭利娜,李方成等.武漢地鐵名都站深基坑圍護結構水平變形分析與仿真模擬研究[J].工程勘察,2012,08:7-12+31.

[2]劉國彬,王衛東.基坑工程手冊（2版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[3]劉勇健,劉意美,陳創鑫等.軟土深基坑圍護結構水平變形特性研究[J].廣東工業大學學報,2016,01:89-94.