软土地区相邻基坑开挖时序对围护变形影响的数值分析_马雪妍.pdf

20231Building Construction200软土地区相邻基坑开挖时序对围护变形影响的数值分析马雪妍 叶文启中天建设集团有限公司 上海 201102摘要：为解决相邻基坑开挖时序的问题，以上海某相邻基坑为例，对于施工的先后顺序进行分析论证，通过有限元模型试算4种工况下围护变形情况，经过工况间对比、与设计报警值对比之后得出最优工况，并将其作为实际工况与实际监测值对比。结果表明：基坑内侧围护结构受不同开挖工况的影响较大，外侧围护结构几乎不受影响，但外侧围护位移整体比内侧位移大；采用同步开挖时，内侧围护结构产生的位移最小。模拟结果与实际监测数据结果呈现一致性，验证了模拟的可行性，可为类似项目提供参考。关键词：相邻基坑；开挖时序；数值模拟；围护变形中图分类号：TU753 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)01-0200-06 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.01.051Numerical Analysis of Infl uence of Excavation Sequence of Adjacent Foundation Pit on Deformation of Retaining Support in Soft Soil AreaMA Xueyan YE WenqiZhongtian Construction Group Co.,Ltd.,Shanghai 201102,ChinaAbstract:In order to solve the problem of the excavation sequence of adjacent foundation pits,taking an adjacent foundation pit in Shanghai as an example,the construction sequence is analyzed and demonstrated.The deformation of the retaining support under four working conditions is calculated through the finite element model.After the comparison between working conditions and the design alarm value,the optimal working condition is obtained and compared with the actual monitoring value as the actual working condition.The results show that the inner retaining support structure of the foundation pit is greatly affected by different excavation conditions,and the outer retaining support structure is almost unaffected,but the displacement of the outer retaining support structure is larger than that of the inner retaining support structure.When synchronous excavation is adopted,the displacement generated by the inner retaining support structure is the minimum.The simulation results are consistent with the actual monitoring data,which verifies the feasibility of simulation and can provide reference for similar projects.Keywords:adjacent foundation pit;excavation sequence;numerical simulation;deformation of retaining support稳定性产生不利影响1。本文通过上海某基坑工程，应用有数值模拟计算，分析相邻基坑开挖时序对围护变形的影响，对相邻基坑开挖的相互影响及变化规律进行总结，以期为类似工程提供参考。1 工程概况项目分为A地块和B地块（图1、图2），A地块总建筑面积68 110 m2，其中地上建筑面积40 000 m2，地下建筑面积28 110 m2。挖深10.75 m，围护形式为钻孔灌注桩2道钢筋混凝土支撑体系，三轴水泥土搅拌桩作为止水帷幕。B地块与A地块支护形式相同，挖深10.2 m，两基坑边线最近距离为9.32 m。对于两基坑是否可以合并成一个基坑进行施工的问题，经过各方单位的讨论，认为不可行，主要原因有：1）两基坑相接夹心区域存在较厚暗浜，土层物理力学性质较差，进行加固的造价较高。随着城市建设发展，建筑密集度越来越高，对基坑工程来说也趋向更加复杂的情况，相邻深基坑距离较近，开挖深度相似，并且需要同时或一前一后进行土方开挖施工的情况屡见不鲜，使基坑相互之间产生影响，对变形控制不利。若某个基坑单独进行开挖，围护结构只受坑外侧土压力作用，但若存在相邻的另一个基坑，围护结构的受力会比单个基坑复杂，两基坑的外侧仍然受坑外的土压力，但相邻的内侧围护结构不但受相邻两基坑中间的夹心土压力，而且本体基坑也受到相邻基坑的土方卸载额影响，这种围护内外土压力不平衡更容易造成围护变形，对基坑的作者简介：马雪妍（1995），女，硕士，助理工程师。通信地址：上海市沪闵路7940号宁谷国际商务大厦18楼（201102）。电子邮箱：收稿日期：2022-09-02科学研究SCIENTIFIC RESEARCH建筑施工第45卷第1期2012）若合并成一个大基坑，基坑体量较大，对围护和支撑的要求很高，基坑发生变形的风险较大，而且围护造价也会增加。A地块B地块图1 基坑支护平面示意A地块B地块图2 基坑支护剖面示意3）由于规划的要求，夹心土区为市政规划道路，市政部门暂未确定进场时间，若先行并坑可能会对市政道路的施工造成影响，且回填也会增加造价，不经济。综上所述，并坑方案不可行，本项目分为2个地块施工更加符合规划且安全经济。1.1 工程地质条件据勘察资料显示，拟建场地围护设计深度范围内，自上而下的地层情况分别为：杂填土、浜填土、粉质黏土、砂质粉土、淤泥质粉质黏土、黏土、粉质黏土、黏质粉土夹粉质黏土、粉砂、细砂、黏质粉土。1.2 水文地质条件根据勘察资料可知，场地内的地下水主要有潜水以及承压水，勘察期间实测勘探孔地下水静止水位埋深在0.7 1.8 m之间，响应标高为3.554.10 m，通过计算，承压水无突涌风险。1.3 设计报警值由于两基坑周边环境、地质情况、支护形式等类似，故设计给出的报警值相同。监测内容及报警值见表1。表1 监测内容及报警值监测项目基坑部位报警值日变累计桩顶水平位移西侧5mm/d连续2d50mm南侧、北侧、东侧3mm/d连续2d34mm2 有限元模型建立2.1 模型概况为了模拟土方开挖时序对2个相邻基坑围护结构位移的影响，采用Midas/GTS有限元软件建立三维数值模型2。按照实际尺寸进行建模，将围护墙定义为2D板单元，支撑、立柱定义为1D单元。划分好网格的支护结构及整体基坑有限元模型如图3、图4所示。整个模型的单元数量在96 403个左右，节点数量在63 964个左右。图3 支护结构有限元模型 图4 整体基坑有限元模型2.2 材料参数1）采用总应力法，不计入地下水渗流影响。2）用等效截面抗弯刚度法将非连续布置的支护桩为地下连续墙及连续的薄板。3）各模拟对象的有限单元选择如下：土体采用实体单元，钻孔灌注桩及坑周护坡、冠梁采用2D单元，支撑、立柱采用1D单元。4）土层物理力学参数指标如表2所示。表2 土层物理力学参数编号土层名称厚度/m重度/kN/m3c/kPa/()填土31810101粉质黏土1.818.92215.53砂质粉土2.718.74.527淤泥质粉质黏土7.618.014131-1黏土6.117.316101-2粉质黏土7.318.01915粉质黏土2.919.448142.3 模拟工况为了全面分析两基坑开挖对彼此的影响，本论文分为4个工况。施工工况见表3。表3 施工工况工况施工内容同步开挖1A、B基坑同时开挖不同步开挖2B基坑开挖至第1道支撑底，A基坑开挖3B基坑开挖至第2道支撑底，A基坑开挖4B基坑开挖至基坑底板标高，A基坑开挖3 计算结果分析以基坑围护结构位移作为分析标准，分别分析4种工马雪妍、叶文启:软土地区相邻基坑开挖时序对围护变形影响的数值分析20231Building Construction202况下两基坑在x方向的位移，为方便理解，本文将两基坑相邻侧围护称为内侧，远端称为外侧，即A基坑相邻B基坑侧称为A内，远端称为A外，B基坑同理，紧邻A基坑侧称为B内，远端称为B外，得出以下结果。3.1 工况1模拟分析首先对工况1即两基坑同步开挖时的相互影响进行分析，分为3个施工步：开挖至第1道支撑底部标高、开挖至第2道支撑底部标高、开挖至基坑底部标高，2个基坑的围护桩位移最大值均发生在开挖至基坑底部标高时。由位移云图（图5）可知，当两基坑同时开挖至坑底标高时，A基坑的围护桩在东侧（A内）产生的最大水平位移为指向坑内的32.4 mm（小于报警值34 mm），西侧（A外）产生的最大水平位移为指向坑内的48.9 mm（小于报警值50 mm）。B基坑的围护桩在西侧（B内）产生的最大水平位移为指向坑内的33.3 mm（小于报警值34 mm），东侧（B外）产生的最大水平位移为指向坑内的48.0 mm（小于报警值50 mm）。3.2 工况2模拟分析当采用工况2作为开挖顺序，两基坑内侧围护结构的最大位移均发生在B基坑开挖至第1道支撑底标高、A基坑进行开挖时。由位移云图（图6）可知，A基坑的围护桩在东侧（A内）产生的最大水平位移为指向坑外的33.2 mm（小于报警值34 mm），西侧（A外）产生的最大水平位移为指向坑内的20.2 mm（小于报警值50 mm），即A基坑产生整体向B基坑方向的位移。图5 基坑围护桩x方向位移（一）图6 基坑围护桩x方向位移（二）B基坑的围护桩在西侧（B内）产生的最大水平位移为指向坑内的35.2 mm（大于报警值34 mm），在东侧（B外）产生的最大位移为指向坑内的35.1 mm（小于报警值50 mm）。3.3 工况3模拟分析当采用工况3作为开挖顺序，两基坑围护结构内侧的最大位移均发生在B基坑开挖至第2道支撑底标高、A基坑进行开挖时。由位移云图（图7）可知，A基坑的围护桩在东侧（A内）产生的最大水平位移为指向坑外的35.5 mm（大于报警值34 mm），西侧（A外）产生的最大水平位移为指向坑外的10.2 mm（小于报警值50 mm）。与工况2相同，A基坑产生整体向B基坑方向的位移。B基坑的围护桩在西侧（B内）产生的最大水平位移为38.7 mm（大于报警值34 mm），东侧（B外）产生的最大水平位移为48.5 mm（小于报警值50 mm）。3.4 工况4模拟分析当采用工况4作为开挖顺序，两基坑围护结构的最大位移均发生在B基坑开挖至坑底标高后、A基坑进行开挖时。由位移云图（图8）可知，A基坑的围护桩在东侧（A内）产生的最大水平位移为指向坑外的45.8 mm（大于报警值34 mm），西侧（A外）产生的最大水平位移为指向坑内的11.2 mm（小于报警值50 mm），与工况2、工况3相同，A基坑产生整体向B基坑方向的位移。图7 基坑围护桩x方向位移（三）图8 基坑围护桩x方向位移（四）B基