深基坑开挖支护变形规律及控制措施研究.pdf

[摘要]以某城市地铁车站基坑工程为背景，借助数值模拟方法和现场实测数据，对深基坑开挖引起的变形及基坑变形控制措施进行了研究。通过对计算值和实测值进行对比，对基坑围护桩的水平位移、沉降以及坑底隆起进行了分析。从围护桩的嵌固深度、支撑位置及刚度、坑底土体加固、坑外隔离墙设置等几个方面介绍了基坑变形控制措施。[关键词]地下工程；地铁车站；深基坑；支护结构；变形；控制措施

内容摘抄：

1工程概况
某城市地铁车站基坑工程，设计起讫里程CK5+367.535一CK5+833.135,车站总长467.2m,总宽18.2~23.1m,站台中心处开挖深度约15.51m,覆土厚度约2.5m。场地周边均为菜地和水塘，最近的居民楼在基坑深度3倍距离以外，对施工的干扰较小；标准段场区内市政管线相对较多，均分布在既有道路两侧。
根据车站地质勘察报告，场地地层由人工填土(Q)、第四系全新统冲积层(Q)、下部为第三系新余群(E,)基岩。按其岩性及其工程特性，自上而下依次划分为：①2素填土，②1粉质黏土，②2粉砂，②21淤泥质粉质黏土，②4中砂，②，粗砂，②。砾砂，⑤，强风化泥质粉砂岩，⑤2中风化泥质粉砂岩，⑤，微风化泥质粉砂岩，各层土质不均匀，风化岩起伏较大。基坑开挖深度范围内地下水主要为赋存于砂砾层中的孔隙潜水，水位变化主要由雨水和江水补给，地下水位位于地表以下4m处。

2计算模型及施工模拟
2.1计算模型的建立
基坑开挖深度16.1m,宽度17.7m,计算模型边界范围宽度取开挖深度的3~4倍，深度范围取开挖深度的2~3倍。故基坑左右边界分别取60m,下边界取35m,考虑模型的对称性后取1/2模型进行计算；网格部分基于15节点三角形单元，计算网格共1025个单元，8586个节点；模型的左右边界采用法向约束，底边采取固端约束，如图1所示。

2.2本构模型与材料参数
在模拟计算中，土体材料按均质弹塑性考虑，本构关系符合莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)准则，各土层计算参数如表1所示；支护结构采用弹性本构关系，结构材料参数按表2取值。

3计算结果分析
3.1围护桩水平位移分析
不同开挖深度工况下的桩体水平位移变形如图2所示。由图2可得，在开挖过程中，围护桩的变形发展形态是不同的，第1步开挖后桩体变形基本呈倒三角形，变形近似为一条直线；随着开挖的不断进行，围护桩的变形不断增大，桩体水平位移最大值位置逐渐下移，直至开挖完成后趋于稳定，最后呈两头小中间大的“胖肚”形。

4变形控制措施
对于基坑变形的控制，往往从两个方面来考虑：一是在设计过程中，通过增强支护结构自身抵抗变形的能力以达到变形控制要求；二是在施工过程中，通过改善施工方法、加强施工管理或者采取加固措施等方法来控制变形。在实际工程应用中，一般采用增加围护桩嵌固深度、改变支撑位置、增强支撑刚度、加固坑底土体、增设坑外隔离墙等措施是控制基坑变形首先考虑的方法和关键技术措施。
4.1围护桩嵌固深度
当围护桩嵌固深度分别取6.4,8.4,10.4，12.4m时，围护桩的水平位移及坑底隆起变形分别如图7,8所示。

4.2支撑位置
图9为将第2道钢支撑位置下移0.5m后围护桩水平位移变形。从图中可看出，改变支撑位置前围护桩最大水平位移为21.375mm,位置在11.0m;改变支撑位置后围护桩最大水平位移为21.809mm,位置在10.5m。支撑位置改变前后最大水平位移值有所增加，且发生位置也略有上移。由此说明，围护桩的变形对支撑位置的改变是比较敏感的，在基坑支护结构设计时，支撑位置的设置，除了考虑施工空间外，还应当考虑对基坑支护结构内。

（略）

投稿会员：巧克力布丁