試析格型地下連續(xù)墻基坑施工階段的側(cè)向變形問題

吳芝澤

[摘要]本文以有限元模型的建立方法對深基坑逆作法開挖工程做了簡要的分析探討，并對不同開挖階段的相關(guān)地下位移做了有限元計算與實測對比，尤其是地下連續(xù)墻的側(cè)向位移，然后據(jù)此對于基坑連續(xù)墻的變形進行了計算對比分析，討論了其嵌入深度與墻體位移之間的關(guān)系，希望所得結(jié)論能夠?qū)τ诟裥偷叵逻B續(xù)墻基坑施工有一定的參考意義。

[關(guān)鍵詞]格型地下連續(xù)墻；基坑施工；側(cè)向變形

文章編號：2095-4085（2016）05-0085-02

目前的建筑工程越來越受到人們的關(guān)注，其規(guī)模也隨著經(jīng)濟的發(fā)展而日趨擴大，其中地下工程也隨之增多，地下連續(xù)墻基坑的深度、面積等方面也有了長足的發(fā)展。在這種大背景條件下，采用先進科學(xué)的正確分析方法分析基坑圍護結(jié)構(gòu)的相關(guān)性狀，對于保證基坑工程的安全，與周圍環(huán)境相互契合具有重要的意義。格型地下連續(xù)墻深基坑的開挖工程十分復(fù)雜，其變形監(jiān)測成為了施工保障的重要內(nèi)容。本文以筆者實際工作的基坑開挖工程為研究背景，對施工工程進行了模型建立，對比了有限元值的監(jiān)測結(jié)果與計算結(jié)果，分析了格型地下連續(xù)墻在基坑施工過程中的側(cè)向位移變化。

1.工程概況

本格型地下連續(xù)墻深基坑開挖工程中，基坑深有25m，共三層，以水平結(jié)構(gòu)板和豎向樁柱作為基坑開挖的水平與垂直支撐結(jié)構(gòu)，并作為地下室的外墻結(jié)構(gòu)，兩邊的地下連續(xù)墻深度分別是45.5m和40.5m。施工時，我們將地上站臺結(jié)構(gòu)與地下的基坑結(jié)構(gòu)共同工作，以由上而下的逆作方法進行基坑的整體施工，地下連續(xù)墻共厚1.2m，使用的混凝土為C30等級；三層水平結(jié)構(gòu)板厚度從上到下依次是1.0m，0.6m，1.8m，負(fù)三層更是采用了600的鋼管進行斜向支撐，底板之上的混凝土柱鋼管為1500，之下的樁為2200，樁的有效長度為56m。

2.地連墻水平位移分析

對地下連續(xù)墻的水平位移進行分析，需要從三個方面進行分析。

（1）進行實測結(jié)果與有限元值計算結(jié)果的對比分析。在地下連續(xù)墻基坑開挖施工開始后，圍護結(jié)構(gòu)會適當(dāng)?shù)男兜艋觾?nèi)原有的土壓力，而土壓力的不平衡性也會導(dǎo)致基坑壁發(fā)生一定的變形，從而產(chǎn)生基坑壁的位移，尤其隨著基坑深度的增加，維護墻體所受的壓力也隨之變化，產(chǎn)生不同程度的不同方向的位移。經(jīng)我們的有限元分析計算及實際施工監(jiān)測對比發(fā)現(xiàn)，在施工前期，由于降水或者是負(fù)一層的頂板支撐不足等問題，產(chǎn)生了墻體上部的部分水平坑外位移，而隨著挖掘的進行，其上部的坑外位移值越變越小，而坑內(nèi)位移值則相對的越變越大，甚至其最大位移值已經(jīng)多于20mm，由此我們認(rèn)為是降水初期，基坑墻體兩側(cè)的水位差異較小，而隨著降水增多，地下水隨著地形方向向基坑運動，產(chǎn)生針對墻體的基坑向內(nèi)水壓力，并呈現(xiàn)壓力逐漸增大的趨勢。在基坑開挖后，土體逐漸減少，缺乏坑內(nèi)土體荷載支撐的基坑也會在外側(cè)土體的壓力下，產(chǎn)生基坑內(nèi)部方向的相對位移。此外，地下連續(xù)墻在基坑底部的嵌固部分則相對很小，基本少于10mm的長度。

（2）對不同位置的地下連續(xù)墻的側(cè)向變形進行時程分析，即圍護墻隨著基坑施工而形成的位移變化。我們針對基坑圍護墻體的某一具體位置，繪制了其施工監(jiān)測數(shù)據(jù)的時程曲線，在地下連續(xù)墻的上端部位某點，在開挖之前的半程位移值經(jīng)測量顯示為負(fù)值，之后隨著開挖轉(zhuǎn)為正值，即開始為坑外方向的半程位移，之后為坑內(nèi)方向的半程位移；墻體下端的測量部位位移值變化則相對趨于平緩，其位移變化值也保持在5mm之下，其表明基坑的挖掘?qū)τ诘叵逻B續(xù)墻的坑下部分位移變形影響不大；相反，位移幅度變化較大的測點位于基坑中部，且基坑底部附近的圍護墻體測量點的位移變化也較為明顯。此外，隨著降水開挖的進行，尤其是開挖40周之后，除墻體下部測點位移變化較小外，其它測點的位移變化都表現(xiàn)出了明顯增大的趨勢。

（3）對嵌入深度的墻體位移影響進行分析。地下連續(xù)墻在基坑開挖過程中發(fā)生的水平位移變化受到施工方案、支撐力度與開挖時間等多種因素的影響，但嵌入深度的影響也尤為重要。為了方便對嵌入深度的影響分析，我們將計算時的墻體長度設(shè)為32-48m的區(qū)間梯度，每個梯度相差2m，但由于地下連續(xù)墻在坑底之上大約有25m，所以，地下連續(xù)墻在其它參數(shù)不變的條件下，便有了不同的坑底嵌入深度。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，隨著嵌入深度的逐漸增加，基坑地連墻墻體的側(cè)向位移值逐漸減小，說明為了增加基坑維護墻體的相對穩(wěn)定性，可以適當(dāng)?shù)脑黾拥剡B墻的基坑嵌入深度。最后，經(jīng)曲線分析發(fā)現(xiàn)，本基坑地下連續(xù)墻的合理嵌入深度應(yīng)為15～17m范圍內(nèi)，基本為基坑整體深度的0.6倍或0.7倍。

3.結(jié)語

經(jīng)過實際施工監(jiān)測結(jié)果與有限元模型的計算結(jié)果的對比分析發(fā)現(xiàn)，在基坑施工時，地下連續(xù)墻呈現(xiàn)上部由坑外側(cè)向位移轉(zhuǎn)向坑內(nèi)，坑底偏上變形位移逐漸增大的趨勢；在施工規(guī)范的要求下，基坑地下連續(xù)墻的側(cè)向位移值隨著嵌入深度增加而減小，嵌入深度以基坑深度的0.6倍或0.7倍為宜；建模時應(yīng)充分的考慮模型的土體物理參數(shù)、支護墻體參數(shù)及支撐水平樓板的剛度等多種影響因素，使其盡可能的與實際施工相吻合。