PLAXIS在基坑開挖對周邊環境影響評估中的應用

錢 宏 偉

(上海千年城市規劃工程設計股份有限公司，上海 201108)

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PLAXIS在基坑開挖對周邊環境影響評估中的應用

錢 宏 偉

(上海千年城市規劃工程設計股份有限公司，上海 201108)

介紹了某基坑支護的設計方案，采用PLAXIS有限元軟件，模擬分析了基坑開挖對周邊構筑物的影響，預測了周邊構筑物的變形規律，對基坑支護方案進行了評估，并給出了一些基坑施工建議，為保證工程的順利進行奠定了基礎。

PLAXIS，基坑開挖，周邊構筑物，數值模擬

1 工程概況

基坑總周長約為480 m，場地內原有建筑已拆除，大部分場地已平整至相對標高-3.1 m，本基坑工程一般開挖深度8.95 m。

根據設計資料及現場踏勘發現基坑南側緊鄰一排水溝，排水溝寬度為9 m，深度約為2.0 m，水深1.0 m，基坑三軸攪拌樁止水帷幕外側距排水溝的距離為1.60 m；排水溝南側為一居民小區，構筑物為5層磚混結構，設1層地下車庫，地下車庫埋深約為1.5 m，基坑三軸攪拌樁止水帷幕外側距居民小區內構筑物的最近距離約為20 m。基坑安全等級為二級，環境保護等級為二級。

排水溝南側已有的居民小區建筑物距基坑距離較近，本文主要分析基坑在開挖的過程中對排水溝南側已有構筑物的影響。

2 基坑支護設計方案

根據基坑周邊環境情況，基坑南側采用復合土釘墻的支護型式，復合土釘墻采用二級放坡，其中一級坡放坡高度為4 m，坡比i=1∶0.81，坡面梅花狀布置長度1.5 m的鋼筋，鋼筋水平及豎向間距均為1.5 m，二級坡高度4.95 m，坡比i=1∶0.95，坡面打設5道土釘，基坑開挖至基坑外側采用φ850@600三軸水泥土攪拌樁止水帷幕，基坑支護剖面圖如圖1所示。

3 數值模擬分析

采用PLAXIS有限元軟件建立平面應變模型對前文所述基坑支護形式進行模擬分析。根據王衛東[1，2]研究，本文基坑開挖模擬選用的土體本構模型為HS-Small模型。

3.1 模型簡化及土體參數選取

1)模型簡化。在構筑物范圍內施加108 kPa的均布荷載來模擬5層磚混結構+1層地下車庫的自重；基坑與排水溝之間的1.6 m寬度范圍內施加2.5 kPa均布荷載用來模擬施工階段的人行荷載；居民小區內構筑物外區域施加5 kPa均布荷載來模擬小區內的行車和行人荷載。并且坑外水位維持在地面以下1.0 m不變，坑內水位位于坑底以下。

土釘采用錨定桿單元模擬，利用剛度等效原理，對于H型鋼采用板單元模擬，不考慮止水帷幕的作用。土釘及H型鋼的物理力學性質如表1所示。

表1 土體HS-Small模型參數

2)土體參數選取。根據勘察報告及王衛東[1,2]研究成果，本文數值模擬選取的土體力學參數如表2所示。

表2 結構參數

3.2 模型建立

根據基坑開挖深度及土層厚度，確定模型的尺寸為80 m×55.5 m，模型的豎向邊界約束水平方向位移，底面為固定邊界，且底部邊界、左側邊界的滲流路徑設置為關閉。土體單元類型為15節點三角形單元。有限元計算模型如圖2所示。

4 數值計算結果分析

考慮土體變形的時空效應[3]，并假定坑外水位維持在地面以下1.0 m不變，計算過程中分步開挖土體并施加圍護體系，隨著基坑開挖深度的增大，已有構筑物水平及豎向位移均有不同程度的增大，當基坑開挖至設計標高時，已有構筑物位移最大。根據計算結果，已有構筑物豎向最大位移為4.851 mm，水平方向的最大位移為2.021 mm,如圖3所示。

5 結語

通過計算可知，基坑開挖至設計標高后，已有構筑物的變形值

未超過規范要求的報警值。為盡量減小基坑開挖施工對已有構筑物的影響，建議在施工的過程中嚴格遵循相應的規程規范，并且在基坑開挖深度2倍范圍內禁止堆載。同時應控制坑外水位維持在一定的高程，避免坑外水位驟降對已有構筑物產生不利影響。

[1] 王衛東.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)：2283-2289.

[2] 王衛東.基坑開挖卸載對地鐵區間隧道影響的數值模擬[J]．巖土力學，2004(25)：251-255.

[3] 李俊才.深基坑支護結構的時空效應研究[J]．巖土力學，2003(5)：812-816.

The application of PLAXIS in foundation pit excavation to surrounding environment influence evaluation

Qian Hongwei

(ShanghaiQiannianUrbanPlanningEngineeringDesignLimitedCompanybyShare,Shanghai201108,China)

This paper introduced the design scheme of a foundation pit support, using PLAXIS finite element software, made simulation analysis on the influence of foundation pit excavation to surrounding environment, predicted the deformation laws to surrounding structures, evaluated the foundation pit support schame, and gave some suggestions for foundation pit construction, which laid foundation for the success of engineeing.

PLAXIS, foundation pit excavation, surrounding structure, numerical simulation

1009-6825(2017)14-0069-02

2017-03-10

錢宏偉(1989- )，男，碩士，助理工程師

TU463

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