地下水滲流對基坑開挖影響研究

(廣州大學 廣東 廣州 510000)

引言

開挖對側向位移的影響明顯大于降水的影響，降水和基坑開挖都逐漸增大基坑后土體的沉降位移[1]。坑底超前降水能顯著減小坑底隆起[2]，南京市地鐵基坑工程懸掛式隔滲帷幕抽水試驗的研究結構表明：在隔滲帷幕內試驗，帷幕繞流阻水效果明顯[3]。為了更準確模擬不同工況下，滲流場對基坑開挖中支護樁變形和基坑隆起的影響，本文利用大型有限元軟件MIDAS/GTS建立在降水和開挖三維有限元模型，運行后分析了滲流影響下支護樁和地基隆起的變形規律。

一、工程概況

該擬建的建筑物基坑占地面積約為1050m2，平面較為規則呈長方形狀，基坑開挖深度為7m，地下水位在地表下2m。采用雙排管樁、單排管樁+內支撐支護，內支撐撐采用工字鋼，基坑四周設置三軸攪拌樁止水帷幕厚度為1.0m，基坑內部設備基坑采用灌注樁+內支撐支護?；悠拭鎴D如圖1所示，基坑剖面第一道支撐中心標高在地表下1m，第二道支撐中心標高在地表下3m?；痈魍翆又饕锢砹W指標見表1。

表1 各土層主要物理力學指標

二、數值計算分析

(一)基坑開挖三維有限元模型。基坑取長寬高為30m×20m×13m，支護樁和內支撐采用梁單元，模型四面限制水平方向位移，底部限制水平方向和豎直方向位移。土體采用Mohr-Coulomb彈塑性模型，止水帷幕采用彈性模型，土體計算參數采用表1數值。

圖1 基坑剖面圖

(二)基坑開挖施工步驟。生成基坑開挖初始網格、建立初始計算模型，并在邊界處施加位移約束邊界條件，在初始應力及水壓力條件下達到初始應力平衡。

三、結果分析

通過MIDAS/GTS有限元軟件計算分析，由于基坑呈對稱性，取基坑一半位移云圖，基坑在第三次開挖后位移云圖如圖2所示。最終開挖后支護樁向基坑內的側向變形發生在地表下6m處，不在基坑底7m處，側向位移值為31.6mm。開挖后基坑外地表有隆起和沉降，靠近支護樁一側有微微隆起，

遠離支護樁一側土體有沉降，同時基坑底部的對稱軸上隆起比較明顯，距離支護樁4.0m處，隆起30.7mm。

圖2 基坑最終變形云圖

基坑施工開挖過程中，第二次抽水開始由于支護樁的變形大小有差異，這樣就會產生支護樁變形差，對支護樁極為不利，相對于第一次降水曲線而言支護樁的內力會大大增加。支護樁的最大變形出現在第三次開挖的地面埋深7.0m，變形值為31.6mm。在開挖面深度以上每次工況變形變化波動不一致，但總的變化趨勢是逐漸變大，在開挖面深度一下每次工況變形較為相近，對土體的逐漸擾動，支護樁的變形也逐漸增加。

不同施工工況下開挖面基坑隆起，從第一次抽水到第三次抽水，基坑底面都是對稱軸上比靠近支護樁兩邊隆起要小的多，特別是在第三次抽水的時候，對稱中隆起值為11.8mm，但是靠近支護樁兩邊的隆起為25.3mm，相差了13.5mm。前三次工況中，第一次抽水、第一次開挖以及第二次抽水，對稱軸處的隆起值較為接近而且也比較小。最后一次開挖和前面5種情況不一致，對稱軸的隆起較兩邊大，這也符合正常的基坑開挖情況。

分析原因：主要是因為基坑開挖和降水是分階段施工，在未開挖到基坑底時，雖然是在解除初始應力，但是開挖深度并不太大，所以對對稱軸中的土體釋放的應力小隆起的值也較小。但是靠近支護樁的土體不一樣，從一開始就受到支護樁和止水帷幕的影響，土體的擾動也大，隆起值也大。

四、結論

利用有限單元法分析滲流情況下不同施工工況過程支護樁變形和基坑地面隆起的影響，對模擬值進行了分析結論如下：

(1)利用大型有限元軟件MIDAS/GTS，可以相對準確的模擬基坑開挖在降水情況下的支護樁變形情況和基坑隆起情況。

(2)考慮降水情況下，支護樁的變形情況，開挖面深度以上每次工況變形變化波動不一致，但總的變化趨勢是逐漸變大。

(3)考慮降水情況下，基坑地面隆起情況，前三次工況中對稱軸處的隆起值較為接近而且也比較小。最后一次開挖和前面5種情況不一致，對稱軸的隆起較兩邊大，這也符合正常的基坑開挖情況。