基于非对称荷载作用下的基坑变形特性研究.pdf

安徽科技学院学报,2 0 2 3,3 7(3):1 0 2-1 0 8 J o u r n a l o fA n h u iS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yU n i v e r s i t y 收稿日期:2 0 2 2-0 5-0 6基金项目:国家自然科学基金(5 1 8 7 4 1 1 2);安徽省大学生创新创业训练计划项目(s 2 0 2 1 1 0 3 8 3 1 8 5)。作者简介:赵平(1 9 8 9-),男,安徽宣城人,硕士,讲师,主要从事岩土工程研究。基于非对称荷载作用下的基坑变形特性研究赵 平1,王少航1,程雪芬2(1.铜陵学院 建筑工程学院,安徽 铜陵 2 4 4 0 0 0;2.南京财经大学 工商管理学院,江苏 南京 2 1 0 0 2 3)摘 要:目的:研究非对称荷载作用下的基坑变形特性。方法:采用数值模拟方法与现场监测方法研究非对称荷载作用下的深基坑开挖引起的地连墙水平变形规律,并利用数值模拟方法研究偏压荷载q数值的改变对内支撑轴力及坑外地表沉降的影响。结果:数值计算结果与现场监测数据吻合良好,偏压荷载q的增加不仅会导致增大近超载侧围护结构的受力和变形,还会引起远侧围护结构顶部出现远离基坑的位移;基坑变形特性对偏压荷载q较敏感,随着偏压荷载q不断增加,内支撑轴力和偏压侧地表沉降均有增大的趋势。结论:在偏压基坑工程设计和施工过程中要重视偏压荷载q给基坑开挖带来的不利影响,必要时可采取相关措施减小偏压荷载,进而减小基坑开挖过程的施工风险。关键词:深基坑;地表沉降;地连墙;偏压荷载;轴力中图分类号:T D 3 5 3文献标志码:A文章编号:1 6 7 3-8 7 7 2(2 0 2 3)0 3-0 1 0 2-0 7开放科学(资源服务)标识码(O S I D):D O I:1 0.1 9 6 0 8/j.c n k i.1 6 7 3-8 7 7 2.2 0 2 2.0 0 4 0D e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f f o u n d a t i o np i tu n d e ra s y mm e t r i c l o a dZ HAOP i n g1,WANGS h a o h a n g1,CHE NGX u e f e n2(1.C o l l e g eo fA r c h i t e c t u r a lE n g i n e e r i n g,T o n g l i n gU n i v e r s i t y,T o n g l i n g2 4 4 0 0 0,C h i n a;2.C o l l e g eo fB u s i n e s sA d m i n i s t r a t i o n,N a n j i n gU n i v e r s i t yo fF i n a n c ea n dE c o n o m i c s,N a n j i n g2 1 0 0 2 3,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v e:T os t u d yt h ed e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f f o u n d a t i o np i tu n d e ra s y mm e t r i c l o a d.M e t h o d s:T h eh o r i z o n t a l d e f o r m a t i o nl a wo f t h ed i a p h r a g m w a l l c a u s e db yt h ee x c a v a t i o no fd e e pf o u n-d a t i o np i tu n d e ra s y mm e t r i c l o a d i ss t u d i e db yu s i n gn u m e r i c a l s i m u l a t i o nm e t h o da n df i e l dm o n i t o r i n gm e t h o d,a n dt h e i n f l u e n c eo f t h ec h a n g eo f t h ev a l u eo fe c c e n t r i c l o a dqo nt h ea x i a l f o r c eo f t h e i n n e rs u p p o r ta n dt h es u r f a c es e t t l e m e n to u t s i d e t h ep i t i s s t u d i e db yu s i n gn u m e r i c a l s i m u l a t i o nm e t h o d.R e-s u l t s:T h en u m e r i c a l r e s u l t sa r e i ng o o da g r e e m e n tw i t ht h e f i e l dm o n i t o r i n gd a t a.T h e i n c r e a s eo fb i a sl o a dqw i l l n o t o n l y i n c r e a s e t h e s t r e s s a n dd e f o r m a t i o no f t h e r e t a i n i n gs t r u c t u r en e a r t h eo v e r l o a ds i d e,b u t a l s oc a u s e t h ed i s p l a c e m e n to f t h et o po f t h er e t a i n i n gs t r u c t u r ef a ra w a yf r o mt h ef o u n d a t i o np i t.T h ed e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f t h ef o u n d a t i o np i ta r es e n s i t i v et ot h ee c c e n t r i c l o a dq.w i t ht h e i n-c r e a s i n go f t h e e c c e n t r i c l o a dq,a n d t h e a x i a l f o r c eo f t h e i n n e r s u p p o r t a n d t h e s u r f a c e s e t t l e m e n t o n t h ee c c e n t r i cs i d eb o t ht e n dt o i n c r e a s e.C o n c l u s i o n:I nt h ep r o c e s so fd e s i g na n dc o n s t r u c t i o no f f o u n d a t i o np i tw i t he c c e n t r i cp r e s s u r e,w e s h o u l dp a ya t t e n t i o n t o t h e a d v e r s e i m p a c t o f e c c e n t r i cp r e s s u r e l o a dqo nf o u n d a t i o np i t e x c a v a t i o n.I fn e c e s s a r y,r e l e v a n tm e a s u r e sc a nb e t a k e nt or e d u c e t h ee c c e n t r i cp r e s s u r el o a d,s oa s t or e d u c e t h ec o n s t r u c t i o nr i s k i nt h ep r o c e s so f f o u n d a t i o np i t e x c a v a t i o n.K e yw o r d s:D e e pf o u n d a t i o np i t;S u r f a c es u b s i d e n c e;D i a p h r a g m w a l l;B i a s l o a d;A x i a l f o r c e城市建设对基坑变形控制有着严格要求,深入研究深基坑开挖引起的支护结构和土体变形特性对于基坑工程防灾减灾具有重要意义1-3。近年来,不少学者对相关问题开展了多方面研究,并取得一些成果4-6。现场监测方面,孔茜等7采用现场监测方法研究了钢支撑施工时间滞后对围护桩水平位移的变化规律的影响;徐前卫等8开展了超深圆形基坑施工引起的变形和内力的监测结果对比分析;李顺群等9采用现场监测手段研究了基坑开挖对邻近隧道变形的影响。理论计算方面,周海祚等1 0提出了基坑倾斜桩支护的抗倾覆与整体稳定安全系数的计算方法;刘建文等1 1采用M i n d l i n解计算并建立了基坑开挖对隧道影响的相关理论模型;李涛等1 2基于W i n k l e r弹性地基梁理论,对深基坑内支撑拆除时支护结构的水平位移计算方法展开了研究。数值模拟方面,王锐松等1 3采用A B AQU S软件对基坑开挖进行了建模,并对粉土基坑柔性支护结构的变形特征展开了深入研究;吕松梅等1 4结合数值模拟手段,研究了深基坑开挖引起的支护结构的变形特征;陈松等1 5针对富水砂层深基坑降水方案,建立了基坑开挖降水的全过程三维计算模型。以上研究对象多数为地铁车站深基坑工程,而对管廊基坑工程在非对称荷载条件下开挖引起的变形特性的研究不多见。综合管廊项目大多位于城市的中心区域,人口密度较大,在建造过程中比较容易对邻近建(构)筑物产生影响1 6-1 7。此外,临近基坑的非对称超载会对基坑产生不利影响,甚至引起基坑破坏1 8。本研究采用数值模拟与现场监测方法对非对称荷载作用下管廊基坑工程开挖引起的地连墙水平变形规律以及偏压荷载q的改变对内支撑轴力及坑外地表沉降的影响开展了研,可为类似工程的设计和施工提供借鉴。1 工程概况本研究对象为合肥市某综合管廊明挖段基坑工程。基坑截面见图1。基坑右侧作为施工场地,距离坑外D=5m处堆放有钢筋等各种施工材料。根据施工单位测算,施工材料将在基坑右侧7m的范围内产生q=1 7k P a的地面超载,这属于非对称荷载作用下的基坑开挖工程。工程相关概况具体内容参见文献1 9。此外,根据岩土工程勘察报告,简化后的土层为5层(图1)。土体力学参数如表1所示。图1 基坑典型截面示意图F i g.1 S c h e m a t i cd i a g r a mo f t y p i c a l s e c t i o no f f o u n d a t i o np i t301第3 7卷第3期赵 平,等:基于非对称荷载作用下的基坑变形特性研究表1 计算模型土层力学参数T a b l e1 M e c h a n i c a l p a r a m e t e r so f c a l c u l a t i o nm o d e l s o i l l a y e r 土层名称E 5 0 r e f/MP aE o e d r e f/MP aE u r r e f/MP av/(k N/m3)c/(k N/m2)/()杂填土3.03.09.00.3 82 0.067.5可塑性黏土5.15.11 5.30.3