地下连续墙成槽参数选择对槽孔周边土体变形影响_吴亚磊.pdf

地基与基础建 筑 技 术 开 发 157Foundation and BasementBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月地下连续墙成槽参数选择对 槽孔周边土体变形影响吴亚磊1，陈 礼2，周秋龙3（1.中铁四局集团第二工程有限公司，215000；2.南京市市政服务中心，江苏南京 210000；3.南京市城建隧桥智慧管理有限 公司，江苏南京 210000）摘要 在采用地下连续墙作为围护结构的基坑研究方面，目前主要研究方向为基坑开挖过程中的变形控制及地下连续墙施工过程中槽壁稳定性控制，对地下连续墙施工过程所造成的环境变形研究较少。依托惠民大道综合改造工程项目，以槽壁加固、地面超载、泥浆比重为变量采用ABAQUS软件对地下连续墙成槽过程中土体变形进行分析，并根据计算结果制订对应的成槽控制措施。关键词 地下连续墙；数值模拟；槽壁加固；泥浆比重；地面超载 中图分类号TU 470 文献标志码A 文章编号1001-523X(2023)02-0157-05ANALYSIS OF SURROUDING SOIL DEFORMATION INFLUENCED IN THE PROCESS OF DIAPHRAGM WALL CONSTRUCTION WITH DIFFERENT PARAMETERSWu Ya-lei，Chen Li，Zhou Qiu-long AbstractThe main research directions of foundation pit using diaphragm wall as retaining structure are deformation control during excavation and stability control of bulkhead during diaphragm wall construction,the research of environmental changes is rare.Based on Huiming avenue reconstruction project,this thesis uses ABAQUS to analyze the soil deformation in the process of diaphragm wall construction by counting bulkhead enforcement,the ground overload and the proportion of mud as variables,and formulates the corresponding control measures according to the calculation results.Keywordsdiaphragm wall;numerical simulation;bulkhead reinforcement;mud proportion;ground overload随着城市现代化建设的不断发展，地铁车站、地下空间商业体、地下立交等地下空间开发方面的工程越来越多，相应的开挖深度也不断增加1。地下连续墙因其刚度大、整体性强、耐久性和防渗性好等优点，被广泛应用于上述深大基坑中23。自1950年意大利米兰的工程师C.Veder首次开创地下连续墙的施工工艺，并将此项技术应用于Stanta Malia大坝的防渗墙中4，我国便引入并发展应用于各个领域的地下空间开发，在城市轨道交通方面宁波地铁TJ3106标地下连续墙深度达110 m 5，在水利工程方案西藏庞多水利枢纽应用158 m深地下连续墙作为坝基防渗墙6，在交通枢纽方面天津滨海新区于家堡地下连续墙深度达61 m7，以上工程的应用说明地下连续墙施工工艺在国内已非常成熟。但对采用地下连续墙作为围护结构的基坑研究方面，主要研究方向为基坑开挖过程中的变形控制及地下连续墙施工过程中槽壁稳定性控制，对地下连续墙施工过程所造成的环境变形研究较少。依托惠民大道综合改造工程项目，以槽壁加固、地面超载、泥浆比重为变量采用ABAQUS软件对地下连续墙成槽过程中土体变形进行分析，研究地下连续墙施工过程中土体变形控制措施。1 工程概况南京惠民大道综合改造工程为地下4层互通立交，基坑最大开挖深度29.88 m，最大宽度55.6 m，整体采用地下连续墙作为围护结构，地下连续墙厚度1.2 m，深度49.569.5 m（模型以51.9 m进行计算），槽壁加固采用三轴搅拌桩深度为31.3 m。地下连续墙先后穿过1杂填土、2素填土、2粘质粉土夹粉砂、3年粘质粉土夹粉砂以及2中等风化灰岩，具体力学参数见表1和表2。表1 粘土和填土的土体物理力学基本参数土层名称层厚/m密度/（kg/m3）M泊松比孔隙比1杂填土3.61 9000.115 0.607 0.009 12 0.375 0.8342素填土2.21 7900.115 0.607 0.009 12 0.375 0.8342淤泥质粘土夹粉土20.11 7600.124 0.673 0.012 2 0.375 1.0873粉质粘土夹粉土24.61 7700.115 0.735 0.009 12 0.355 0.997收稿日期：20230121作者简介：吴亚磊（1989），男，河南濮阳人，工程师，主要研究方向为地下工程施工技术。地基与基础建 筑 技 术 开 发158 Foundation and BasementBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月表2 岩石的土体物理力学基本参数土层名称层厚/m密度/（kg/m3）弹性模量/MPa泊松比摩擦角/（）粘聚力/kPa2中风化灰岩39.52 7505 0000.430800地下潜水主要赋存于填土及层土体孔隙中，水位埋深为1.13.30 m（水位4.44.78 m）。计算时，为获取较保守的结果，取潜水位标高4.400 m（埋深1.1 m）。2 计算模型建立2.1 模型基本假定本文将实际施工过程及复杂模型参数进行了一系列简化并进行如下假定。（1）用等效压力代替泥浆静压力，且不考虑泥浆静切力及胶结力。（2）利用摩尔库伦模型描述灰岩层，利用剑桥模型描述填土层、淤泥质粉质粘土及粉质粘土层。（3）土体为均质土，且为各向同性材料。（4）土体初始应力状态按静止土压力计算。2.2 模型参数模型土体及岩体参数选取参考表1和表2，模型所涉及加固土体、导墙与路面参考表3和表4，成槽及所造成的地面荷载按50 kPa计算。表3 加固体计算参数汇总项目深度/m宽度/mmE/MPa取值31.38501500.2表4 导墙计算参数汇总项目E/GPa翼宽/m翼厚/m肋厚/m 总高度/m取值300.151.20.20.21.52.3 模型尺寸与边界条件模型建立为1/4对称模型，根据实际尺寸，计算模型中首开幅槽段设置为3 m0.6 m51.9 m。为消除边界效应的影响，土体模型计算域尺寸设定位为75 m50 m90.2 m，如图1所示。边界条件为土体计算域对称侧面约束法向自由度及垂直于另外两个方向的转动自由度，非对称侧面仅约束法向自由度，底面约束所有自由度。2.4 计算过程在初始状态，对土体模型施加数值与重力一致的应力场，同时在地应力平衡步，将重力施加到土体模型上，还原地层原位初始应力状态。利用“生死单元法”进行槽壁开挖模拟。控制每次开挖时间为2 h，总开挖时间约为20 h，计算分析步汇总见表5。槽段三轴搅拌桩杂填土素填土淤泥质粉质粘土夹粘质粉土地下水位埋深1.1m导墙及硬化路面粉质粘土夹粘质粉土中等风化白云质灰岩图1 计算模型建立效果图表5 计算工程序号分析步工况时间/h1地应力平衡 施加重力及初始地应力场，进行地应力平衡2槽壁开挖开挖至5 m23槽壁开挖开挖至10 m24槽壁开挖开挖至15 m25槽壁开挖开挖至20 m26槽壁开挖开挖至25 m27槽壁开挖开挖至30 m28槽壁开挖开挖至35 m29槽壁开挖开挖至40 m210槽壁开挖开挖至45 m211槽壁开挖开挖至51.9 m23 成槽过程分析通过ABAQUS有限元分析软件对泥浆重度s、地面超载q、有无加固等不同施工工况组下地下连续墙成槽所造成的地表沉降情况，分析3种施工因素对地下连续墙成槽影响程度。3.1 泥浆重度影响分析对不同超载及加固组合下泥浆重度对地表沉降的影响进行分析，结果如图2所示。根据分析结果显示采用较大的泥浆重度可在一定程度上减弱地表沉降。对于有加固的情况，当泥浆重度s从10.6 kN/m3增至11 kN/m3时，最大地表沉降降低3.95%11.10%；而对于无加固的情况，当泥浆重度s从10.6 kN/m3增至11 kN/m3时，最大地表沉降降低6.57%16.02%。为对泥浆重度影响有更深入的认识，在地下水位埋1.1 m，q=50 kPa且有加固工况下，将泥浆重度s取值10.6 kN/m3、11 kN/m3、11.5 kN/m3、12 kN/m3、12.5 kN/m3，对地表沉降进行分析。在不同泥浆重度情况下地表沉降如图3所示，以看出随着s提高，地表沉降最大值明显降低，且影响范围也有所降低。将不同s对应的最大地表沉降及加固范围内最大侧移进行分析如图4所示，可以看出当s在10.612.5 kN/m3地基与基础建 筑 技 术 开 发 159Foundation and BasementBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月时，最大地表沉降在0.027%0.032%H变化，加固范围内最大侧移在0.036%0.057%H变化。根据土体侧移和地表沉降随s提高而降低的程度可知，s变化对土体侧移的影响高于地表沉降。即s提高时土体侧移降低程度更明显。4-4-8-12-161020304050d/m607080地面沉降/mm00超载=50kPa有加固10.611泥浆重度/kNm-3（a）1-1-2-3-4-5-6地面沉降/mm01020304050d/m6070800无超载有加固10.611泥浆重度/kNm-3（b）-10-20-30-40-50100地面沉降/mm1020304050d/m6070800超载=50kPa无加固10.611泥浆重度/kNm-3（c）2-2-4-6-8-10-12-14地面沉降/mm01020304050d/m6070800无超载无加固10.611泥浆重度/kNm-3（d）图2 不同工况下泥浆重度对地表沉降影响（a）q=50 kPa，有加固（b）q=0 kPa，有加固（c）q=50 kPa，无加固（d）q=0 kPa，无加固2-2-4-6-8-10-12-14-16-18地面沉降/mm01020304050d/m0泥浆重度/kNm-310.61211.51112.5水位埋深1.1m超载=50kPa有加固图3 泥浆重度对地表沉降影响0.060.050.040.03/H(%)10.511.012.012.5泥浆重度s/(kNm-3)11.5最大沉降加固范围内最大侧移图4 泥浆重度对最大土体变形影响3.2 槽壁加固影响分析对不同泥浆重度及超载组合下加固体对地表沉降的影响进行分析，结果如图5图8所示。可以看出对于存在加固的工况，沉降曲线中可明显观察到沉降槽的存在，最大沉降发生在靠近槽壁46 m处；而对于未加固的工况，最大沉降发生在槽壁。槽壁加固可有效降低地表沉降。当超载q=50 kPa时，加固的存在可使最大地表沉降降低52.25%53.20%；而对于无超载的情况，加固的存在可使最大地表沉降降低55.09%57.62%。10 15 20 25 30 35 40 45 50 55d/m60 65 70 75 8005地面沉降/mm10-10-20-30-40-500有加固无加固超载=50kPas=11kNm-3图5 不同工况下加固的存在对地表沉降影响q=50 kPa，s=11 kN/m310 15 20 25 30