環梁支護深基坑開挖階段的有限元分析

于 肖 昆

(江蘇科技大學，江蘇 鎮江 212000)

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環梁支護深基坑開挖階段的有限元分析

于 肖 昆

(江蘇科技大學，江蘇 鎮江 212000)

結合鎮江迎江大廈基坑支護項目，討論了在場地狹窄且有臨近建筑物的情況下，進行基坑支護和開挖時所面臨的問題，并采用有限元軟件MIDAS進行三維有限元模擬，計算了基坑以及支護結構的受力和變形特征，通過與現場實測結果的對比分析，表明利用MIDAS進行環梁支撐基坑支護模擬是可行的，值得在工程中推廣應用。

基坑支護，環梁支撐，有限元模型，軸力

1 工程概況

鎮江迎江大廈位于電力路西側，已建廣電大廈南側。基坑北側：基坑開挖邊線距離用地紅線7.6 m，距離北側已建廣電大廈11.4 m；基坑東側：基坑開挖邊線距離用地紅線4.1 m，距離東側電力路人行道7.6 m，場地緊張；基坑南側:基坑開挖邊線距離用地紅線4.6 m～6.8 m，用地紅線南側存在地下管線，場地緊張；基坑西側：基坑開挖邊線距離用地紅線4.6 m～7.0 m，場地緊張；基坑場地環境信息圖如圖1所示。本項目基坑挖深9.7 m，基坑面積約5 800 m2，支護周長約315 m。

2 基坑支護方案的確定

由于基坑周邊近距離有道路，建筑以及市政設施，對變形有一定的要求，且基坑開挖及影響深度范圍內主要為軟弱土層，建議采用剛性支護結構(如排樁+內支撐)，并采用止水帷幕阻斷周邊地下水滲入基坑。

由于本工程主體結構形狀不規則，基坑邊線距用地紅線較近，如果采用常規的內撐形式，勢必會影響主體結構施工及基坑出土。鑒于復雜的環境條件和較高的變形控制要求，經多次考慮，分析，最終決定采用φ900鉆孔灌注樁+兩道環形混凝土支撐+φ650@900三軸水泥土攪拌樁止水的支護形式。本項目為環梁支撐結構體系在該地區的首次應用，且支護體系受力和變形情況復雜，傳統計算分析方式已不能滿足工程的需要。

有限元軟件MIDAS在基坑支護計算過程中已得到廣泛應用，能夠滿足本基坑項目的計算分析。

3 環梁支撐支護體系的分析計算

3.1 施工工況

本基坑工程共分為6個工況： 1)初始應力場分析，此工況是進行基坑工程計算的第一步；2)修建支護結構；3)放坡開挖1；4)第一道支撐及開挖2；5)第二道支撐及開挖3；6)澆筑第二層地下室底板，再澆筑第一層地下室底板，之后拆除第二道支撐；施工±0.000 m，拆除第一道支撐。基坑支撐布置圖及剖面圖如圖2所示。

3.2 土層參數

土層物理力學參數見表1。

表1 土層物理力學參數

3.3 支護結構參數及本構關系

支護結構參數及本構關系見表2。

表2 支護結構參數及本構關系

3.4 環梁結構支撐體系

項目基坑周邊采用鉆孔灌注樁1 200@900擋土，樁長23 m，采用650@900攪拌樁止水。兩道內支撐情況見圖2。基坑北側建筑物高21層，每層折算附加荷載為5 kPa，要求基坑周邊15 m范圍內地面超載不得超過20 kPa。

3.5 建立有限元模型

采用MIDAS/GTS 建立的黃埔置業(迎江大廈)項目基坑整體有限元模型(見圖3，圖4)，計算結果見圖5，圖6及表3。

表3 計算結果匯總表

項目工況計算結果圍護結構基坑開挖完成南北方向最大位移9．17mm東西方向最大位移12．2mm內支撐結構基坑開挖完成軸力最大值16000．96kN彎矩最大值2030．15kN·m

4 計算結果分析

MIDAS GTS/NX計算結果表明：

1)本基坑南北方向的位移最大值為9.17 mm，位移最小值為2.5 mm;東西方向基坑的最大位移為12.2 mm，最小位移為2.5 mm，可見計算結果沒有超出JGJ 120—2012建筑基坑支護技術規程規定的允許值30 mm，并且滿足基坑一側位移不超過20 mm的要求。

2)第二道環梁所受軸力最大。環梁支撐最大軸力達16 000.96 kN，環梁應力為12.5 MPa，混凝土強度等級C30，應力比為0.43，滿足要求。

3)第二道環梁所受彎矩最大，最大負彎矩2 030.15 kN·m，最大正彎矩為1 841.54 kN·m。

5 計算結果與實測結果對比分析

按JGJ 120—2012建筑基坑支護技術規程要求，沿環梁每15 m左右布置一個軸力監測點；沿基坑周邊鉆孔灌注樁每20 m左右布置一個位移監測點。施工初期每周監測1次，澆搗第一道環梁內支撐至基坑開挖到底部、結構底板完成后每天監測1次，結構底板到首層結構完成3 d監測1次。監測點中，位移產生最大的孔在基坑西面，最大位移為12.2 mm(向坑內)，位置在基坑東側地面以下5.3 m處。軸力測點中，軸力產生最大的點在基坑東南面，基坑最大軸力為16 983 kN(壓力)。位移與軸力實測情況如圖7所示。

6 結語

本工程在有限元分析時把基坑周邊建筑物及臨近道路折算為附加荷載進行計算，計算結果表明，環梁所受軸力大于輻射桿所受軸力，為主要受力構件。內力最大值并未超過規范限值。監測結果表明，實際位移及環形梁內力值與實際情況相接近，可見計算結果是可靠的。證明采用MIDAS建立三維模型進行深基坑圓環支撐的計算分析是可行的，為同類工程提供了經驗，具有一定的借鑒價值。

[1] JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術規程[S].

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[4] 劉益平.大直徑雙環梁基坑支護體系設計與優化[J].巖土工程學報，2010，32(1):219-222.

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[6] 陳 偉，任麗娟.深基坑中大型環梁支護體系的有限元分析[J].佛山科學技術學院學報，2009，27(5)：48-51.

The finite element analysis of the ring beam supporting deep foundation pit’s excavation stage

Yu Xiaokun

(JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhenjiang212000,China)

Through Zhenjiang Whampoa properties Yingjiang building foundation pit supporting project, discussed the near field is narrow and there are adjacent buildings, foundation pit supporting and the problems facing when excavating. The three-dimensional finite element simulation by finite element software MIDAS, calculate the stress and deformation of retaining structure and foundation pit. Through the contrast analysis with the measured results, show that the use of MIDAS for ring beam supporting of foundation pit supporting simulation of feasibility, worthy of popularization and application in engineering.

foundation pit supporting， ring beam supporting, finite element model, axial force

1009-6825(2016)26-0075-02

2016-07-04

于肖昆(1990- )，男，在讀碩士

TU463

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