考慮工程樁存在的深基坑回彈空間影響因素分析

孫新

摘 要：在地鐵車站的深基坑開挖施工過程中過量的基坑回彈將影響結構自身的內力重分布，周邊的交通軌道與四周建筑物的安全問題也會受到影響。工程樁在基坑開挖的同時會受到一定程序的影響。既往回彈實測資料中可以看出，深基坑開挖后的基底回彈會受到工程樁的限制。

關鍵詞：坑底隆起變形；回彈空間效應；開挖深度；數值模擬分析

中圖分類號：TU473.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）01-0017-02

Abstract： During the excavation of deep foundation pits in the subway station， excessive rebound of foundation pit will affect the redistribution of internal force of the struacture itself， and the safety problems of surrounding traffic tracks and surrounding buildings will also be affected. In the excavation of foundation pits， the engineering piles will be affected by certain procedure. It can be seen from the measured data of rebound in the past that the springback of the foundation after excavation of deep foundation pit will be limited by the engineering pile.

Keywords： bottom uplift deformation； springback spatial effect； excavation depth； numerical simulation analysis

1 概述

近年來，伴隨大規模地下空間的發展出現了大量的深基坑工程。開挖深度20～40m的深基坑越來越多，甚至出現了開挖深度超過40m的超深基坑。

本文通過構建六種基坑回彈計算分析模型，采用數值分析的方法模擬基坑分步開挖等不同施工過程以及工程樁存在與否的影響，通過對比結果的分析得出基坑開挖面積以及開挖深度等空間因素對基坑開挖回彈量的影響規律。

2 基坑坑底隆起空間影響因素

2.1 模型建立

為了將存在工程樁和不存在工程樁的開挖基坑模型結果進行對比，本文按照上述條件建立了六個分析模型：模型A1基坑尺寸為24m×12m，不考慮工程樁的作用，模型A2基坑尺寸為同尺寸考慮工程樁的作用；模型B1為36m×12m，不考慮工程樁的作用，模型B2基坑尺寸為同尺寸考慮工程樁；模型C1基坑尺寸為48m×12m，不考慮工程樁的作用，模型C2基坑尺寸為同尺寸考慮工程樁的作用。土體的本構模型采用修正劍橋模型，土層的力學指標如表2所示。為模擬土和地連墻之間的相互作用，模型采用擴充后的面面接觸的莫爾-庫侖滑動摩擦準則。

其中，擋土墻、工程樁為混凝土灌注樁選取C35混凝土材料屬性。支撐采用彈性材料，彈性模量3.15e+4Mpa，泊松比為0.2。

計算域的尺寸原則上要取至基坑開挖結構受力后不再產生變形影響的邊界為止。模型的邊界條件如下：沿X軸方向，對模型的左右兩邊界施加X方向的水平約束；沿Y軸方向，對模型的底邊邊界施加X-Y兩方向的固定約束。

2.2 模擬結果分析

（1）模型A1：基坑開挖尺寸24m×12m，不考慮工程樁情況下基坑坑底隆起曲線如圖所示。模型A2：基坑開挖尺寸24m×12m，考慮工程樁情況下基坑坑底隆起曲線如圖1所示。從圖1可以看出，不考工程樁的基坑坑底隆起與彈性理論分析坑底彈性隆起特征是一致的，即坑底中心部位隆起最高。各步開挖后基坑中心處的變形量分別為2.9cm，4.4cm，5.2cm。從圖3可以看出，當存在間隔為4m的工程樁時，基坑回彈值明顯降低。各步開挖后基坑中心處的變形量分別為1.64cm，2.58cm，2.92cm。

（2）模型B1：基坑開挖尺寸36m×12m，不考慮工程樁情況下基坑坑底隆起。模型B2：基坑開挖尺寸36m×12m，考慮工程樁情況下基坑坑底隆起，兩個模型條件下的隆起曲線如圖2所示。

（3）模型C1：基坑開挖尺寸48m×12m，不考慮工程樁情況下基坑坑底隆起分析，模型C2：基坑開挖尺寸48m×12m，考慮工程樁情況下基坑坑底隆起分析，兩個模型條件下的隆起曲線如圖3所示。

由圖2和圖3可以看出基坑底部隆起隨基坑開挖深度的增加而增大，基坑不同位置隆起沿深度變化趨勢大致相同，在地連墻和工程樁處，隆起量沿深度明顯降低。在開挖相同深度后，有樁時的回彈量最大值較無樁時減小40%～60%。

對比兩種工況的分析結果，基坑開挖的性狀會由于工程樁而受到一定程序的影響，因為基坑開挖前會先完成工程樁的施工。工程樁的剛度與強度會減小基坑回彈量，坑底土整體力學性能的提升也會受一定影響。基底隆起是受到基坑開挖的影響，工程樁對基底隆起有一定的限制，土和樁兩者之間有一定的摩阻力，工程樁對被動區土體具有一定的拉錨作用，對基底隆起起到控制作用，所以大大提高抗隆起穩定性。

表1和表2分別為無工程樁與有工程樁影響下基坑最大回彈量的結果統計表，由表1和2可以得出，對于相同開挖面積和形狀的基坑，最大回彈量隨開挖深度的增加而增加。不考慮工程樁影響的情況下，基坑開挖深度增加一倍時，最大回彈量增加50%～70%；開挖深度增加兩倍時，最大回彈量增加70%～110%。在考慮工程樁的影響下，若基坑開挖深度增加一倍時，最大回彈量較原來增加40%～60%；當開挖深度增加兩倍時，最大回彈量增加80%～90%。

3 結論

本文采用數值分析的方法模擬深基坑分步開挖過程，基于分析結果得出基坑開挖面積以及開挖深度等空間因素對基坑開挖回彈量的影響規律。可得到如下結論：

（1）基坑開挖引起的隆起變形受開挖深度、開挖面積以及有無工程樁三種因素的顯著影響。基坑隆起隨開挖深度及開挖面積的增加而增加；不考慮工程樁時基坑中部的位移值最大，而靠墻體部位隆起位移較小；考慮工程樁時基坑的最大位移不發生在基坑中部，而是在樁與樁之間。

（2）工程樁對基坑底面及地面以下底層的隆起有明顯的限制作用。對比基坑開挖坑底隆起量沿深度變化關系曲線可以發現，工程樁使基坑開挖面以下土體豎向位移明顯減小，隨著開挖深度的增加，沉降逐漸減小，而回彈作用逐漸增加。

參考文獻：

[1]徐中華，王衛東，王建華.上海軟土地區上海銀行大廈深基坑工程的實測與分析[J].巖石力學與工程學報，2004，23（增刊1）：4639-4644.

[2]胡其志，何世秀，楊雪強.基坑開挖基底隆起的估算[J].土工基礎，2001，15（2）：29-30.

[3]徐婷婷，汪瀚澄.建筑施工中樁基工程樁位測量精度的控制措施探討[J].科技創新與應用，2013（16）：217.endprint