基于Midas_GTS软件...坑开挖对周围环境的影响分析_芦石青.pdf

第 卷 第 期 年 月吉 林 建 筑 大 学 学 报 收稿日期：作者简介：芦石青（），男，河北省廊坊市人，硕士研究生 通讯作者：李向群，男，吉林省长春市人，教授，博士 ：基于 软件的基坑开挖对周围环境的影响分析芦石青，李向群，徐朝帅 吉林建筑大学 测绘与勘查工程学院，长春 中铁十局集团城建工程有限公司，甘肃 天水 摘要：为更好地了解基坑开挖对周围环境的影响，运用 软件对甘肃省某基坑的开挖过程进行模拟，并将模拟结果与实际监测结果进行对比研究 本文主要对基坑边缘沉降、周围建筑物的位移、坑底隆起位移进行研究分析，结果表明，基坑边缘沉降与实际监测结果基本趋于一致；基坑开挖会对周围建筑物产生位移影响，位移结果与实测数据大体吻合；基坑开挖过程中的坑底隆起位移与实测结果相近 软件具有一定的可靠性，可为基坑监测提供参考依据关键词：基坑开挖；土钉墙；数值模拟；数据对比分析中图分类号：文献标志码：文章编号：（）,，:,;,;:;近年来，随着我国经济的不断提高，城镇化建设发展的速度加快，为满足城镇化的建设需求出现了越来越多的基坑工程 在进行基坑施工时，必然会对周围环境造成影响，如在基坑施工时周围的建筑物、构筑物和地下管线等的沉降变形，从而影响这些建筑设施的正常使用，严重则会危及人民生命财产安全 因此，保证基坑施工的安全显得尤为重要 目前，国内外对于基坑工程方面的研究较多上世纪中叶，国外学者 就已经将监测技术运用到基坑工程中，并通过计算总结出了地表沉降 吉 林 建 筑 大 学 学 报第 卷的计算方法；而我国近些年在基坑实时监测方面也取得了很多成就，不仅能监测基坑支护结构的受力情况，还能预测基坑的变化趋势，为基坑施工安全提供重要保障 孙超等人运用 软件通过对长春某基坑的监测数据与数值模拟结果进行对比，总结出了坑底隆起的位移的变化规律并证明了软件的可靠性；鲍闯通过对地铁基坑的监测，发现在基坑开挖过程中地下管线的沉降变化较大，经及时进行加固问题得到解决，并总结了地下管线进入稳定状态的条件；王冬至等人通过 软件来模拟基坑开挖的过程，总结出了基坑开挖对地下管线造成损伤的影响因素，为今后工程评判管线是否发生损伤泄露提供参考依据本文以甘肃省天水市某基坑工程为实例，基于 数值模拟软件模拟基坑开挖的过程，通过模拟得到的计算结果与现场实际监测数据进行对比，分析出基坑开挖过程中基坑的变形以及支护结构受到的影响，为该工程在日后基坑工程的施工和支护方案的设计提供参考 工程介绍 工程概况该基坑工程位于甘肃省天水市麦积区兰铁天水工务段材料段轨料库院内，西南两侧紧邻渭水园小区，东邻北道水厂，北邻陇海线 项目总用地面积 ，总建筑面 工程地质条件根据该基坑工程的地勘报告可知：已完成的钻孔最大深度为 ，根据钻孔揭露结果，勘察场地勘探深度范围内地层主要为第四系松散堆积物，自上而下依次为：层杂填土（）：杂色，土质不均，主要成分为粉土、粉质黏土及粉细砂，含较多炉渣及卵石颗粒，偶含生活垃圾，稍湿，稍密 该层层厚约 ，层顶面高程约为 层粉砂（）：灰褐色，砂质不纯，层中含粉土薄层，局部区域含粉土透镜体，稍湿，稍密 该层层厚 ，层顶面埋深约 ，层顶面高程约 层圆砾（）：青灰色，冲洪积成因，分选差，颗粒级配良好，磨圆度较好，一般粒径为 的颗粒含量约占总质量的 ，中密 该层最大揭露厚度 ，层顶面埋深 ，层顶面高程约为 本场地地下水主要为松散岩类孔隙潜水，勘察期间在钻孔内测水位埋深约 ，相应水位高程约 基坑支护设计取场地标高为基坑顶标高，绝对高程 为 ，该工程的基坑开挖深度为 ，即绝对高程 ，边坡开挖坡比为 ，基坑施工平面图如图 所示203.573.447.8104.2122.4150.9四标段三标段一标段二标段图 基坑施工平面图 1 078.0基坑底标高钢筋网：水平方向8.0200竖直方面8.0200喷射砼厚度80 mm10%挂网地锚1161.40 mL=0.80 m2 670地面标高：1 086.90 m1 50020010.301201.20 mL=9.0 m8 9001201.20 mL=9.0 m1201.20 mL=9.0 m1481.20 mL=8.0 m1481.20 mL=7.0 m1481.20 mL=6.0 m土钉20度图 支护结构剖面图 第 期芦石青，李向群，徐朝帅：基于 软件的基坑开挖对周围环境的影响分析 本基坑采用土钉墙支护，成孔直径 ，采用 钢筋土钉，土钉与水平面夹角为 度，土钉水平间距 ，竖向间距 ，从上到下共设置 排土钉，长度分别为.，.，.，.，.，.边坡挂直径 的双层钢筋网片，纵横间距，上部喷射 厚混凝土 支护结构剖面图如图 所示 基于 的数值模拟研究 模型的建立根据本工程实际基坑开挖尺寸及放大土体的边界尺寸，取模型尺寸为 ，建立如图所示的三维几何模型 依据实际的勘察报告来定义模型中的土层部分，杂填土层厚 度取 ，粉砂层厚度取 ，圆砾层厚度取到模型底部 建筑物模拟的是基坑南侧渭水园小区中的外 单元楼，建筑物长度为 ，宽度为，高度为，距基坑边缘为 基坑部分的尺寸与基坑平面图中的实际尺寸保持基本一致，开挖深度为 图 模型网格划分及建立边界 图 模型支护结构 材料和属性的选取按照设计要求，基坑采用土钉墙的支护形式 土体本构采取修正摩尔库伦模型，土钉采用植入式桁架来模拟，采用板单元来模拟喷射混凝土面层，模型支护结构如图 所示；土钉共设置 排，每一排土钉的间距、长度、入射角、直径等均按设计要求来进行模型建立；喷射混凝土面层厚度设置为 ；建筑物以下设置建筑物筏板和建筑物筏板桩 定义施工阶段 软件是通过激活和钝化单元的功能来模拟基坑开挖的施工阶段 根据该工程的实际施工顺序，土钉支护模拟共分为 个工况，施工阶段见表 表 基坑开挖步骤 工况施工内容备注初始地应力分析第一步土体开挖，设置第一道土钉并喷射混凝土面层开挖至 标高第二步土体开挖，设置第二道土钉并喷射混凝土面层开挖至 标高第三步土体开挖，设置第三道土钉并喷射混凝土面层开挖至 标高第四步土体开挖，设置第四道土钉并喷射混凝土面层开挖至 标高第五步土体开挖，设置第五道土钉并喷射混凝土面层开挖至 标高第六步土体开挖，设置第六道土钉并喷射混凝土面层开挖至 标高第七步土体开挖，喷射混凝土面层开挖至坑底 标高 模拟结果分析按照要求设置好参数与开挖步骤后进行分析计算，将得到的基坑开挖与支护完毕后的位移变化云图进 吉 林 建 筑 大 学 学 报第 卷行分析研究 主要对基坑边缘沉降、周围建筑物的位移、坑底隆起位移进行了研究 基坑边缘沉降分析如图 为基坑位移变化云图俯视图-4.510 1-4.740 9-3.730 2-4.125 6-2.300 6-2.596 1-3.290 1-5.011 9DISPLACEMENTTZ，mm0.0%0.0%0.0%0.0%0.0%4.4%12.9%13.7%52.1%13.6%3.1%0.3%+1.229 86 e+001+1.075 36 e+001+9.208 56 e+000+7.663 56 e+000+6.118 56 e+000+4.573 56 e+000+3.028 56 e+000+1.483 56 e+000-6.143 81 e-002-1.606 44 e+000-3.151 44 e+000-4.696 44 e+000-6.241 44 e+000图 基坑位移云图 图 中所选取的数值点从左至右依次对应实际监测图中的，各点位的实际监测的沉降数值与数值模拟得出的沉降结果进行对比，对比结果如表 所示表 基坑沉降模拟值与监测值对比 点位号模拟数值 实测数值 差值点位号模拟数值 实测数值 差值 通过对表格中数值模拟的沉降数值与实际监测到的沉降数值对比可以看出，实测数值与模拟数值很接近，相差数值最大的点位为，差值也仅有 ，其他点位的差值均小于 ，而 和 点位的差值仅有 左右，从而证明 软件在数值模拟分析中得到的结果具有一定的准确性和可靠性 建筑物的位移分析图、图 分别为建筑物竖直位移变化云图的俯视图和水平位移变化云图的俯视图，图中的数值为基坑侧的位移变化数值，从左到右依次对应的点位为号为，同理将模拟得到的数值与实测数值进行对比分析，整理得到表、表 DISPLACEMENTTZ，mm6.1%4.4%4.4%13.9%10.4%7.4%15.6%11.1%8.9%8.3%4.6%4.8%-1.559 51 e+000-1.736 43 e+000-1.913 34 e+000-2.090 26 e+000-2.267 17 e+000-2.444 08 e+000-2.621 00 e+000-2.797 91 e+000-2.974 83 e+000-3.151 74 e+000-3.328 66 e+000-3.505 57 e+000-3.682 49 e+000-2.170 8-1.802 1-1.571 1图 建筑物竖直位移云图 DISPLACEMENTTY，mm16.7%0.0%0.0%16.7%16.7%0.0%1.1%26.7%5.6%0.0%6.3%10.4%+4.780 66 e-001+3.432 76 e-001+2.084 85 e-001+7.369 48 e-002-6.109 57 e-002-1.958 86 e-001-3.306 77 e-001-4.654 67 e-001-6.002 58 e-001-7.350 48 e-001-8.698 39 e-001-1.004 63 e+000-1.139 42 e+000-0.936 7-1.035 1-1.139 4图 建筑物水平位移云图 第 期芦石青，李向群，徐朝帅：基于 软件的基坑开挖对周围环境的影响分析 表 建筑物竖直位移对比 点位号模拟数值 实测数值 差值 表 建筑物水平位移对比 点位号模拟数值 实测数值 差值 通过对建筑物的竖直位移和水平位移的模拟数值与实测数值对比同样可以看出，实测的位移变化数值与模拟得到的结果数值更加接近 在水平位移表中，实测数值与模拟数值差值最大的点位为，差值仅为 ，其它两个点位的差值更小 同理在竖直位移表中，实测数值与模拟数值差值最大的点位为，差值仅为 ，其它两个点位的模拟数值与实测数值相差更是微乎其微，通过对建筑物的位移进行模拟数值与实测数值的对比分析，进一步证明了 软件的可靠性与准确性 基坑底部隆起分析从图 可以看出：由于基坑不断开挖导致被动区的卸土量较多，引起支护结构前后的压力差，从而造成基坑底部有隆起位移 基坑底部均有隆起现象产生，位于基坑底部边缘处产生的隆起位移最小，最小值为.；从基坑底部的边缘延伸至基坑底部中心部分，隆起现象会越来越明显，最后趋于稳定，稳定时的隆起位移最大，位移曲线呈对称分布，隆起位移最大值为 ，与实际监测的最大隆起位移.相比，仅相差 DISPLACEMENTTZ，mm0.0%0.0%0.0%0.0%0.0%4.4%12.9%13.7%52.1%13.6%3.1%0.3%+1.229 86 e+001+1.075 36 e+001+9.208 56 e+000+7.663 56 e+000+6.118 56 e+000+4.573 56 e+000+3.028 56 e+000+1.483 56 e+000-6.143 81 e-002-1.606 44 e+000-3.151 44 e+000-4.696 44 e+000-6.241 44 e+000Min：4.89 e-001Max：3.61 e+000YXZ图 基坑底隆起云图 结语通过 软件对甘肃省天水市的某个基坑工程进行模拟，然后将模拟得到的结果与施工现场实际监测数据进行对比分析，可以得到以下结论：（）基坑开挖会使基坑周围土体产生竖向沉降 模拟得到的沉降数值与实际监测的沉降数值很接近，相差最大的点位的差值只有 ，而相差最小的点位差值仅有 （）基坑开挖会对周围建筑物产生相应位移 对建筑物的竖向与水平位移分析同样得出模拟得到的结果与实际监测结果相吻合，竖向位移分析中的模拟与实际