蠕变理论在软土基坑围护结构变形分析中的应用.pdf

[摘要]影响基坑围护变形的因素很多，诸如开挖时间、开挖环境等。在考虑以上因素的同时，基于软土蠕变模型和反分析，利用有效模型对宁波地铁楼花站联络线基坑开挖过程中围护结构的变形进行分析。模拟结果成功地预测了联络线最近东航大厦处围护结构的位移。现场依据计算结果对第4道混凝土支撑加以替换，从而节省了基坑暴露时间，并有效地控制了围护结构的变形以及东航大厦的不均匀沉降。[关键词]地下工程；基坑；软土；蠕变；数值模拟；变形

内容摘抄：

1工程概况
宁波市轨道交通1号线一期工程TJ-V标项目樱花公园站，位于中山东路、中兴路交汇处，车站为1,3号线“L”形换乘站，1,3号线设换乘联络线。联络线为地下3层结构，其基坑开挖长度为73.2m,开挖宽度为6.8m,开挖深度远离东航大厦位置为16.5m,共设6道支撑，第1道为混凝土支撑，其余为钢支撑；靠近东航大厦开挖深度位置为22.8m。
联络段支护体系如图1所示。
由于本工程场地狭小，基坑开挖深度大，距离东航大厦较近，工程地质条件差，土体含水量丰富，且有承压水，因此联络线基坑采用分段开挖的形式，先在距东行大厦的远端B区进行开挖，并结合基坑周围土体及结构的变形数据进行分析，拟合土体主要参数。当基坑在A区开挖时，结合有限元软件PLAXIS对基坑土体及围护结构的位移进行反分析，提出有效处理蠕变土体基坑的支撑方案，从时间角度对基坑及东航大厦近处基坑围护结构的位移进行控制。
2 B区围护结构时间效应变形分析
本次基坑开挖共布设了6道支撑，第1道支撑为混凝土支撑，截面形式为1000mm×1000mm;第2~3道支撑为钢支撑，截面形式为609mm×16mm;第4道支撑为混凝土支撑，截面形式为1000mm×1000mm;其余2道支撑为钢支撑，截面形式为中609mm×16mm。
2.1第1道支撑布设后的墙体位移分析
第1道支撑平均水平距离为9m,于2012年12月4日混凝土浇筑完毕，此时基坑尚未进行较深开挖，因此地下连续墙的位移几乎为0，支撑轴力计显示混凝土支撑轴力值接近于0。

2.2第2道支撑布设后的墙体位移分析
第2道支撑的标高为-4.500m,平均水平距离为3m,于2013年3月26日吊装完成，此时基坑开挖到-5.000m深，第1道支撑处的地下连续墙开始向坑体内侧发生小量变形，测点读数为0.84mm,支撑轴力显示为20kN。第2道支撑处墙体亦发生了小量变形，变形量为1.68mm,由于钢支撑在架设时施加了700kN的预应力，因此墙体有足够大的支撑力抵抗坑外的被动土压力。

3基于蠕变理论的PLAXIS数值模型
3.1蠕变模型理论介绍
蠕变模型中的软土是指接近正常固结的黏土、粉质黏土和泥炭。这些材料的特性在于它们是高度可压缩的。考虑标准固结仪压力100kPa下的切线刚度模量，正常固结黏土Ed=1~4MPa,这取决于所考虑黏土的特定类型。这些值与正常固结砂土的刚度值差别很大，对砂土该值的变化范围是10~50MPa。
三维蠕变是一维蠕变的直接推广，但是这受到了下列事实的阻碍：当前的一维模型没有阐述成微分方程的形式。为了陈述软土蠕变模型，首先应该完成一维模型向微分形式的转换。三维模型是对一维微分方程的一种推广。
最后，由模型的预测值和三轴试验的数据证明了三维模型的有效性。这里着重考虑了常应变率三轴试验和不排水三轴蠕变试验。软土蠕变模型的一些基本特征如下：①刚度应力相关（对数压缩行为)；②主加载和卸载-重新加载之间的区别；③次(时间相关)压缩；④预固结应力记忆；⑤根据Mohr-Coulomb准则的破坏行为。

3.2基坑参数的选取
通过对B区基坑实测参数进行拟合，提出A区开挖时数值模型的参数，模型长度选取105m,深度取70m。荷载计算按照恒载标准值与可变荷载对半折减进行计算。则1层楼板的荷载为：8kN/m2;26层楼的荷载约为208kN/m2。由于A区基坑距离东航大厦较近，减少基坑暴露时间能够有效控制围护结构以及已有建筑的变形，因此将第4道工序时间长的混凝土支撑更改为工序持续时间较短的钢支撑。具体材料属性如表1~3所示。

4数值结果分析
4.1地下连续墙水平位移（见图4,5）
通过对基坑的数值模拟，发现在联络线开挖过程中的墙体水平位移受到东航大厦的影响较大，靠近东航大厦一侧的地下连续墙体随着土体的位移有向东航大厦一侧靠近的趋势，基坑内部土体的隆起最大值2cm是土体蠕变所导致的，相应东航大厦处土体向下形变，导致墙顶向右移动，在远离东航大厦一侧的地下连续墙在墙后土体的主动土压力作用下有向基坑内部移动的趋势，然而由于时间参数设置为30d,所以位移值并不是很大。缩短基坑暴露时间后，大大减小了墙体的水平位移最大值。通过对比分析计算值与实测值(见图5)，可知蠕变理论适用于沿海地区基坑工程中的数值计算。

4.2地下连续墙竖向位移分析
东航大厦的沉降带来了土体的蠕变，在这种情况下，墙体发生了竖向变形，变形结果如图6所示，通过与实测值的对比，能够很好吻合。

（略）

投稿会员：巧克力布丁