基坑開挖卸載對(duì)周邊地下管線影響分析

甄 亞 彬

(上海千年城市規(guī)劃工程設(shè)計(jì)股份有限公司，上海 201108)

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基坑開挖卸載對(duì)周邊地下管線影響分析

甄 亞 彬

(上海千年城市規(guī)劃工程設(shè)計(jì)股份有限公司，上海 201108)

基于PLAXIS軟件，分析了某基坑開挖卸載對(duì)其周邊地下管線的影響，預(yù)測(cè)了基坑開挖過程中周邊管線的變形值，并對(duì)該基坑圍護(hù)方案進(jìn)行了評(píng)價(jià)，提出了一些改進(jìn)建議，為下一步工作提供依據(jù)和參考。

基坑開挖，地下管線，圍護(hù)結(jié)構(gòu)，PLAXIS

1 工程概況

本工程地下建筑面積為44 835 m2，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)踏勘和相關(guān)設(shè)計(jì)資料的收集，確定在本基坑?xùn)|側(cè)虹中路下有φ700 mm的雨水管、φ400 mm的污水管和φ300 mm的給水管，在本基坑南側(cè)程家橋支路下有φ300 mm的給水管和φ400 mm的污水管。各個(gè)管線的材質(zhì)及其距基坑開挖邊線的距離見表1。

表1 管線信息匯總表

虹中路地下管線距基坑距離較近，本文基于PLAXIS軟件，重點(diǎn)模擬分析虹中路側(cè)基坑圍護(hù)方案在實(shí)施時(shí)對(duì)地下雨水管、污水管和給水管的影響。

2 基坑圍護(hù)方案

2.1 基坑概況和等級(jí)

基坑開挖面積45 732 m2，圍護(hù)周長(zhǎng)877 m。場(chǎng)地整平地坪絕對(duì)標(biāo)高為4.10 m，基坑一般挖深4.75 m，承臺(tái)處挖深5.35 m，本工程基坑安全等級(jí)為三級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為三級(jí)。

2.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

根據(jù)場(chǎng)地空間的條件，虹中路側(cè)的主要圍護(hù)結(jié)構(gòu)分為兩種類型，第一種類型為φ700@500 mm的雙軸攪拌樁重力式圍護(hù)體系，圍護(hù)墻的寬度為4.2 m，圍護(hù)墻的樁長(zhǎng)為11.5 m，墻頂內(nèi)插φ12 mm的鋼筋和φ48×3 mm鋼管來增加墻體的整體剛度，鋼筋和鋼管的長(zhǎng)度分別為1.5 m和7.5 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示。

第二種類型為φ700@500 mm的雙軸攪拌樁+內(nèi)插H500×300 mm型鋼(插一跳一)圍護(hù)體系，內(nèi)插型鋼有效的長(zhǎng)度為11.5 m，并施加一道φ609×16 mm的鋼管支撐，坑底采用φ700@500 mm的雙軸攪拌樁進(jìn)行坑底加固，加固深度為4.0 m，加固寬度為4.0 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖2所示。

3 數(shù)值模擬分析

本文采用PLAXIS軟件建立平面對(duì)前文所述的兩種圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行數(shù)值模擬分析。將圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變模型，根據(jù)王衛(wèi)東等[1-4]的研究成果及工程經(jīng)驗(yàn)，確定土體的本構(gòu)模型為HS-Small模型，其所對(duì)應(yīng)的力學(xué)參數(shù)如表2所示。

根據(jù)剛度等效原理，將內(nèi)插型鋼等效為等剛度的地連墻，采用板單元模擬，鋼支撐和換撐均采用錨錠桿單元進(jìn)行模擬，排水管道均用板單元進(jìn)行模擬，各結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)如表3所示。

有限元模型的尺寸為100 m×35 m，豎向邊界約束水平方向位置，底面為固定邊界，土體采用15節(jié)點(diǎn)三角形單元，底部邊界和右側(cè)邊界的滲流路徑為關(guān)閉，斷面有限元計(jì)算模型如圖3所示。

表2 土層土體HS-Small模型參數(shù)

土層名稱層厚mγkN/m3c'kPaf'(°)ψ(°)Eref0edMPaEref50MPaErefurMPaGref0MPa②1粉質(zhì)粘土3.518.65300306936832.15E+048.59E+04③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土3.717.23280218726241.53E+046.12E+04④淤泥質(zhì)粘土12.417.14250213325601.49E+045.97E+04⑤1粘土7.317.46290264631751.85E+047.41E+04⑤2砂質(zhì)粉土1.918.52333860086003.44E+041.72E+05⑤3粉質(zhì)粘土6.218.57310431151733.02E+041.21E+05

表3 結(jié)構(gòu)參數(shù)

4 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析

有限元計(jì)算中考慮了基坑開挖的分步實(shí)施，計(jì)入了土體變形的時(shí)空效應(yīng)，經(jīng)過計(jì)算可知，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)為重力式時(shí)，雨水管、污水管、給水管在基坑開挖到底的工況下變形最大，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)為土工法時(shí)，雨水管、污水管、給水管在基坑換撐工況下變形最大。

4.1 重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

當(dāng)基坑開挖到底時(shí)，污水管的最大水平位移約為15.0 mm，最大垂直位移約為12.0 mm；雨水管的最大水平位移約為18.9 mm，最大垂直位移約為14.4 mm；給水管的最大水平位移約為21.2 mm，最大垂直位移約為19.5 mm，如圖4所示。

4.2 土工法圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

當(dāng)基坑開挖到底時(shí)，污水管的最大水平位移約為4.4 mm，最大垂直位移約為3.7 mm；雨水管的最大水平位移約為5.1 mm，最大垂直位移約為5.4 mm；給水管的最大水平位移約為10.0 mm，最大垂直位移約為8.9 mm，如圖5所示。

5 計(jì)算結(jié)果分析

雖然本基坑的設(shè)計(jì)方案通過了專家的評(píng)審，但通過計(jì)算結(jié)果可知，在同等的土力學(xué)參數(shù)條件下，由于土工法剛度比較大，土工法側(cè)的管線變形相對(duì)較小，排水管線的變形值未超過規(guī)范要求的報(bào)警值；在重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)的管線位移比較大，排水管線的變形值均超過了規(guī)范要求的報(bào)警值。兩種圍護(hù)體系的剛度相差較大，導(dǎo)致地下管線的變形值相差較大，建議施工單位在施工過程中嚴(yán)格遵循相應(yīng)的規(guī)范規(guī)程，并加強(qiáng)地下管線變形的監(jiān)測(cè)，對(duì)重力式圍護(hù)體系與土工法圍護(hù)體系連接段采取必要的加固和卸載措施，避免兩種圍護(hù)體系下過大的變形差異引起管線接頭的剪切破壞，對(duì)城市居民的正常生產(chǎn)生活產(chǎn)生不利的影響。

[1] 王衛(wèi)東.上海地區(qū)基坑開挖數(shù)值分析中土體HS-Small模型參數(shù)的研究[J].巖土力學(xué)，2013，34(6)：1766-1774．

[2] 王衛(wèi)東.基坑開挖數(shù)值分析中土體櫻花模型參數(shù)的試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2012，33(8)：2283-2289.

[3] 王衛(wèi)東.基坑開挖卸載對(duì)地鐵區(qū)間隧道影響的豎直模擬[J].巖土力學(xué)，2004(25)：251-255.

[4] 王衛(wèi)東.上海地區(qū)板式支護(hù)體系基坑變形預(yù)測(cè)簡(jiǎn)化計(jì)算方法[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2012，34(10)：1792-1800.

On analysis of influence of foundation pit’s excavation and unloading on surrounding underground pipelines

Zhen Yabin

(ShanghaiQiannianUrbanPlanningEngineeringDesignCo.,Ltd,Shanghai201108,China)

Based on PLAXIS software, the paper analyzes the influence of some foundation pit’s influence on surrounding underground pipelines, foretells the deformation value of the surrounding pipelines in the foundation pit excavation process, undertakes the evaluation suggestions of the foundation pit enclosure schemes, and points out some suggestions of the improvement, so as to provide some reference.

foundation pit excavation, underground pipeline, enclosure structure, PLAXIS

1009-6825(2016)16-0091-02

2016-03-23

甄亞彬(1987- )，男，碩士

TU463

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