邻近古建筑的深基坑支护方案及变形分析_卜飞.pdf

施施施施施施施施施施施施施施施施施施工工工工工工工工工工工工工工工工工工技技技技技技技技技技技技技技技技技技术术术术术术术术术术术术术术术术术术 an express road as the background,the construction scheme of the project is designed,which are respectively 45 m simple supported combination small box girder scheme,50 m steel mixed beam and 2-65 mT structure rotating scheme.These three schemes are introduced and compared in detail,finally choose 45 m simple supported combination small box girder scheme.This scheme can not only ensure the safety of the existing railway,but also meet the requirements of reasonable structure,convenient construction and safe operation period of the overspan railway bridge.Key words:upper cross railway overpass;simple supported composite small box girder;existing railway engineering;scheme selection;calculation and analysis作者简介:宋志慧(1981-),女,山西定襄人,高级工程师,硕士,2007 年 7 月硕士研究生毕业于太原理工大学岩土工程专业,现从事教学工作。收稿日期:2022-06-02(编辑 李江华)文章编号:1009-9441(2023)01-0057-04邻近古建筑的深基坑支护方案及变形分析 卜 飞(山西省勘察设计研究院有限公司,山西 太原 030000)摘 要:以太原市紧邻古建筑的某深基坑工程为例,提出基坑支护方案,并采用 MADIS 有限元分析软件对基坑的水平位移、竖向位移以及周边建筑的地表沉降进行了分析,结果表明,该支护方式可以有效地控制基坑和古建筑的变形。关键词:古建筑;基坑降水;基坑支护;变形分析中图分类号:TU 753 文献标识码:A引言随着我国城市化进程的不断推进,地下空间的开发利用显得尤为重要,同时基坑工程面临的环境也越来越复杂,新开挖基坑工程临近地铁站、古建筑和横穿既有建筑物的情况日益常见,如何减小基坑开挖造成的土体变形及其对其周边环境的影响,采用合理的基坑支护方案是众多岩土工作者一直在努力解决的技术难题。龚迪快等1根据软土地区深基坑工程的特点,提出了 SMW 工法桩、圈梁和高压旋喷桩加固的支护方式,采用有限元软件进行模拟,并与实测数据进行了对比分析,进一步验证了该方法的合理性。陈爱侠等2分析了某地铁工程在施工和运营期对古建筑产生的不均匀沉降,并从施工方法、地基加固和减振措施等方面提出了对古建筑的保护措施。徐泽民等3对天津两座紧邻地铁车站且盾构在下方穿越历史风貌建筑物的保护,采用了多种地层加固方法和车站、盾构施工技术措施,并通过实测数据分析了加固措施和施工技术对历史风貌建筑的保护效果。结合相关学者的研究方法,拟针对太原市紧邻古建筑的某深基坑工程提出了基坑支护方案,并采用 MADIS 数值模拟分析了基坑开挖及降水对古建筑的影响。1 工程概况以及地质条件1.1 工程概况拟建建筑物为地下车库,地库呈倒 L 型,尺寸约为 40 m40 m,0 绝对高程为 798.200 m,基底标高为 792.426 m(含 0.3 m 换填垫层),现地面标高为 800.0 m,基坑深度为 7.574 m。东地库北侧有1 栋 6 层砖混住宅楼,距基坑支护边线约 9 m;东侧、南侧为一排 2 层新建仿古建筑,距基坑支护边线约8 m;西南角有一排 2 层保护性建筑物,距基坑支护边线西侧约 8.8 m,南侧约 2.8 m。东地库基坑东南角有电力排管和变配电站,排管距基坑约 1 m,配电站距基坑约 4.5 m。基坑平面布置及周边环境情况如图 1 和图 2 所示。1.2 工程地质及水文地质条件根据次次勘察揭露的地层情况,结合区域资料综合分析,根据场地所处地貌单元及其沉积旋回特征,场地地层主要受河流冲、洪积作用的影响。勘探75建材技术与应用 1/2023DOI:10.13923/14-1291/tu.2023.01.016图 1 基坑平面布置图图 2 基坑及周边环境示意图深度范围内地基土层主要是第四系全新统及更新统河流冲、洪积地层,按沉积时代和成因类型从上向下依次为:第层为第四系全新统(Q42 ml)人工堆积成因的填土,向下第层为第四系全新统(Q41)河流冲、洪积相沉积地层,以下为第四系上更新统(Q3l)河流冲、洪积相沉积地层,此次勘察未揭穿。其土层分布及主要物理力学参数见表 1。表 1 土层物理力学参数层序土层名称重度/kN m-3粘聚力/kPa内摩擦角/厚度/m杂填土19.55152.00粉土20.01315.52.90粉砂20.12181.80中砂20.52201.70粉土20.213.517.52.70中砂20.53232.30粉土20.314193.70粗砂20.55252.30粉土20.314201.00 拟建场地地貌为冲洪积倾斜平原,勘探深度范围内揭露场地地下水类型为孔隙潜水,水位主要位于填土、细砂、粉土和中砂中,主要受大气降水及侧向迳流补给,排泄主要是人工取水(包括基坑降水)。勘探期间属丰水期。钻进中遇到地下水时,及时停钻量测初见水位,并在钻孔结束且水位稳定后,量测静止水位。该场地首层稳定水位埋深介于地表下 1.95.1 m 之间,水位标高为 794.35796.24 m,初见水位标高为 793.85795.74 m,根据区域地质资料,水位随季节性变化幅度约1.00 m。2 设计方案2.1 支护方案基坑支护依据周边建筑的情况,拟采用两种支护方式:(1)北侧有 6 层住宅,基坑上部荷载较大,为减小基坑变形,同时保证建筑物的安全,采用灌注桩加钢管支撑的方案,灌注桩桩径为 0.8 m,桩间距为1.2 m,桩长为 15.0 m,桩顶设置冠梁,钢支撑采用 80016 的钢管,如图 3 所示。图 3 基坑剖面图 1(2)南侧一层、二层的区域,基坑周边荷载较小,为降低土方开挖的难度,加快施工速度,在保证周边建筑安全的前提下,采用灌注桩加大间距锚索的方案,灌注桩桩径为 0.8 m,桩间距为 1.3 m,桩长为19.0 m,桩顶设置冠梁,锚索成孔孔径为 200 mm,倾角为20,长度为25 m,水平间距为2.6 m,如图4 所示。图 4 基坑剖面图 22.2 降水方案基坑采用三轴搅拌桩作为止水帷幕;地库基坑东南角有电力排管的区段,在桩间设置高压旋喷桩代替三轴搅拌桩,其余三角由于有障碍物,三轴搅拌桩无法闭合,采用双排高压旋喷桩连接。三轴搅拌桩桩径为 850 mm,桩长为 18 20 m,套接 1 孔,水泥采用P O 42.5,1 m3水泥用量为 350 kg,桩体无侧限抗压强度要求1.5 MPa,水灰比取 1.52.0。高压旋喷桩桩长为 20 m,桩径为 500 mm,桩间搭接150 mm;85Research&Application of Building Materials水泥采用 PO 42.5,水灰比为 1.0,水泥用量为200 kg m-1,混凝土轴心抗压强度设计值3.5 MPa。高压旋喷桩与三轴搅拌桩的搭接:搭接处三轴搅拌桩在内侧,高压旋喷桩在外侧;搭接宽度200 mm,搭接长度1.0 m;先施工搅拌桩,桩体抗压强度达到设计要求后,施工高压旋喷桩。降水井按间距 15.0 m 正方型布置,井深按基坑下 8.0 m(电梯井及周边降水井相应加深)控制。3 有限元分析3.1 计算模型为分析基坑开挖对临近古建筑的影响,对基坑模型进行简化,借助 MADIS 有限元分析软件采用平面应变方法,分析各工况下围护结构、土体进和建筑物的变形情况。参考文献4对基坑模型的建议,模型宽度及高度宜为基坑深度和宽度的 3 5 倍。建模基坑深度为 7.6 m,宽度为 24 m,模型总体宽度为 124 m,高度为30 m。土体本构选用修正摩尔-库伦模型,围护桩、内支撑及楼板采用梁单元进行模拟。3.2 有限元计算结果及分析提取出基坑的水平和竖向位移云图、建筑物的水平和竖向位移云图,如图 5图 8 所示。图 5 基坑的水平位移图 6 基坑的竖向位移图 7 建筑物的水平位移 由图 5 和图 6 可以看出:(1)围护桩发生偏向基坑内侧的水平位移,且基坑两侧围护桩水平位移呈非对称分布。围护桩最小水平位移位于钢支撑处(距离地面 1 m),围护桩最大水平位移位于 6.7 m(靠近 2 层仿古建筑)和7.8 m 处(靠近 6 层砖混住宅楼)。靠近 6 层砖混住宅楼的一侧,最大水平位移为 4.73 mm,最小水平位移为 0.509 mm,靠近 2 层仿古建筑的一侧,最大水平位移为4.11 mm,最小水平位移为1.06 mm。2 层建筑距离基坑较近,埋深较浅,对围护桩浅层变形影95建材技术与应用 1/2023图 8 建筑物的竖向位移响较大,6 层建筑距离基坑较远,埋深较深,对围护桩深层变形影响较大。(2)地表最大竖向位移距离坑边 2.5 m(靠近2 层仿古建筑)和 5.0 m 处(靠近 6 层砖混住宅楼)。靠近 6 层砖混住宅楼的一侧,最大竖向位移为11.8 mm,靠近 2 层仿古建筑的一侧,最大竖向位移为 6.07 mm。2 层建筑相对于 6 层建筑,荷载较小,对地表竖向位移的影响较小。由图 7 和图 8 可以看出:(1)基坑开挖造成临近的 2 层仿古建筑和临近6 层砖混住宅楼产生偏向基坑的水平位移,且 6 层建筑的最大水平值位移大于 2 层建筑的最大水平值。6 层砖混住宅楼的最大水平位移值为3.8 mm,最远点的水平位移值为1.7 mm;2 层仿古建筑的最大水平位移值为 2.6 mm,最远点的水平位移值为 2.3 mm。(2)基坑开挖造成两栋建筑发生不均匀沉降,且该沉降值随着与基坑距离的不断增加而减小,建筑物表现为向基坑内倾斜。6 层砖混住宅楼的最大沉降值为 8.5 mm,最远点沉降值为 6.6 mm,倾斜度为 0.000 15,2 层仿古建筑的最大沉降值为 5.8 mm,最远点沉降值为 3.7 mm,倾斜度为 0.000 21。4 结语基于太原市紧邻古建筑的某深基坑工程,提出了灌注桩与钢管撑、灌注桩与锚索的基坑支护方案,采用 MADIS 数值模拟分析了基坑的开挖过程,研究基坑开挖过程中围护桩的变形以及临近建筑物的变形。模拟结果分析结论如下:(1)围护桩产生偏向基坑内侧的水平位移,且基坑两侧围护桩水平位移呈非对称分布,最大水平位移位于 6.7 m 和 7.8 m 处。(2)地表最大竖向位移距离坑边 2.5 m 和5.0 m 处。靠近 6 层砖混住宅楼一侧的最大竖向位移为 11.8 mm,靠近 2 层仿古建筑一侧的最大竖向位移为 6.07 mm。(3)基坑开挖造成两栋建筑发生不均匀沉降,且该沉降值随着与基坑距离的不断增加而减小,建筑物表现为向基坑内倾斜。参考文献:1 龚迪快,吴才德,曾婕,等.软土深基坑开挖对孤岛型古建筑的保护实例J.建筑结构,2016,46(8):95-99.2 陈爱侠,董小林,杨莉.城市地铁项目建设对古建筑的影响J.建筑科学与工程学报,2007(1):80-83,88.3 徐泽民,赵广民.软土中注浆对建筑物抬升效果实测及有限元分析J.建筑结构,2019,49(10):30-36.4 陈元盛,党发宁.综合管廊施工对临