相鄰基坑共用地連墻受力特性分析

(安徽建筑大學土木工程學院　安徽　合肥　230022)

引言

地下空間結構在施工的過程中，會引起周邊地表、建筑的沉降，需要多種措施來保證地下結構施工的安全[1]。為了保證地下結構、周邊建筑,地下管線等在施工中的安全，地下空間結構的受力變形特性越來越成為研究的熱點[2]。

目前在深基坑方面主要的研究有：Hsieh P G等[3]運用PLAXIS 3D有限元分析軟件分別模擬了在T型扶壁與矩形扶壁作用下，對地連墻在開挖過程中的位移變形的影響，研究表明，矩形扶壁比T形扶壁更有效地減少地連墻在開挖過程中的位移變形。李淑[4]通過對比北京地區明挖順作法基坑施工案例，分析了灌注樁深基坑以及復合土釘墻基坑的墻體的位移規律。

一、工程概況

合肥市新交通大廈位于勝利路和長江東路交口，建筑高度180m，建筑面積63396m2,基坑地下空間結構與地鐵1、2號線地下空間結構比鄰，相互影響。基坑標準段位置的支撐采用各層板，其各板間距由上向下依次為6.45m、4.90m、6.40m、6.45m。基坑地下空間結構均采取共用地下連續墻的方式，使用蓋挖逆作法和盆式開挖法的開挖方式。

二、數值模擬分析

(一)數值計算假定

(1)假定結構材料和土體是連續的、均勻的、各向同性的；

(2)施工過程中不考慮由鄰近地塊或底部傳遞過來的構造應力；

(3)不考慮基坑降水中對鄰近建筑物的不均勻沉降產生的影響；

(4)由于動荷載的大小、方向和位置隨時間而變化，不考慮其對土體和結構產生的影響。

(二)土體參數選取

分析合肥新交通大廈地質勘查報告，并結合實際建立模型的困難度，將土層簡化為6層，自上而下分別為：雜填土、粉質粘土、粉土、粉細砂、強風化巖泥質砂巖和中風化巖泥質砂巖。土體的物理力學性質如下表1所示。

表1　土層物理力學性質

(三)模型建立

二維基坑數值模型的邊界條件設定為：頂部邊界為自由表面，在模型的兩個側面設置水平位移約束，在底部設置水平、豎直兩個方向的位移約束。由于地下連續墻的底部在砂巖之中，可假設其為不動點，設置水平、豎直兩個方向的位移約束，便于分析在基坑施工過程中兩側基坑的受力特性。建立二維基坑數值模型，對地連墻的兩側基坑的受力特性進行對比分析。此截面上的墻體水平位移測點ZQT-43，用來提取監測數據進行對比分析。軌道交通2號線基坑寬23.3m，深24.4m，大廈基坑寬51.6m，深26.3m。建立長230m，深80m的二維有限元模型,模型采用映射網格，映射網格所生成的有限元模型模型較小，可以減小計算所需的資源，加快計算速度,網格單元總數為6016個，節點總數為5505個，各類板結構取單位寬度1m。數值模型如下圖2所示，左側為地鐵2號線基坑，右側為新交通大廈基坑。

圖2　二維基坑數值模型

三、數值計算結果分析

研究在大廈基坑施工過程中與2號線共用地連墻的受力變形特性。在Midas GTS/NX有限元軟件建模計算中是從工況1到工況8，不同工況下共用地連墻的彎矩云圖如圖4所示，彎矩值變化曲線圖如圖5所示。

圖5　彎矩值變化曲線圖

通過彎矩云圖和彎矩曲線變化圖對比分析得出，基坑底部以上的彎矩狀態變化很小，只在基坑底部發生了顯著的波動，因此需要重點分析基坑底部附近位置的彎矩變化值。基坑底部處的彎矩受剪力作用的影響較大，地連墻右側基坑底部的剪應力在基坑完成底板澆筑時由0.28Mpa增長為0.76Mpa，增大了2.71倍，右側地連墻的變形導致基坑變形和受力，必須對地連墻的剪力值進行控制。

四、結論

(1)當大廈基坑開挖至底面即在地鐵基坑底面以下時，共用地連墻的受力狀態發生巨變，最大負彎矩增長了1363.23kN·m，為原來的4.24倍。

(2)由于地連墻基坑底部的彎矩變化過大會導致地連墻在的剪切破壞，必須減小基坑底部傳遞給共用地連墻的剪力。

(3)防止右側地連墻的水平位移和變形過大，在確定了地連墻的規格尺寸的前提下，可增加一些臨時支撐結構從而增加整體支撐剛度；另外，減小單次開挖的深度，從而減小卸荷壓力。