開挖卸載對相鄰基坑圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響

開挖卸載對相鄰基坑圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響

摘要上海鐵路南站南廣場內(nèi)的35kV地下變電所基坑緊鄰已建成的軌道交通L1線盾構(gòu)工作井。為對這兩基坑相互影響規(guī)律進行研究,選取相同尺寸、間距20m的兩基坑斷面進行了有限元模擬,并與現(xiàn)場實測結(jié)果進行了對比,得到了土體開挖卸載對擬建基坑的影響比對已建成基坑的影響要大,且開挖卸載對內(nèi)側(cè)圍護墻體的受力較為有利,對外側(cè)圍護墻體的受力較為不利的結(jié)論。

關(guān)鍵詞相鄰基坑開挖圍護結(jié)構(gòu)

1工程概況

正在建設(shè)的上海鐵路南站南廣場內(nèi)的35kV地下變電所,基坑長39m,寬22m,深17m,屬一級基坑,圍護采用厚80cm地下連續(xù)墻,混凝土強度等級C30,抗?jié)B等級S8,墻底穿微承壓水層⑤2層,支撐是四道Φ609×16鋼支撐,坑底旋噴加固?；泳嚯x已建成的軌道交通L1線盾構(gòu)工作井,與在建的廣場主通道基坑共用部分連續(xù)墻?；娱_挖深度影響范圍內(nèi)主要以飽和淤泥質(zhì)黏性土為主,該類土具有較大流變特征。常年地下水埋深,⑤2層灰色黏質(zhì)粉土為微承壓含水層,該層層面埋深為20m,水位埋深為。

該基坑在開挖前20d進行井點降水,降水后水位降至坑底以下3m,坑外觀測水位比原地下水位下降值不宜大于。基坑內(nèi)水降到設(shè)計水位后,開始開挖,開挖到設(shè)計高程后,立即澆筑素混凝土墊層,墊層澆筑好后10d左右澆筑底板。在整個基坑開挖過程中,坑內(nèi)深井降水不停頓,一直持續(xù)到澆筑底板?；娱_挖施工工況見表1。

L1線盾構(gòu)工作井有可能引起變電所基坑地下連續(xù)墻所受土壓力的不均勻性,進而影響基坑圍護墻體的內(nèi)力等,圍護墻體處理不當,將會造成工程事故。為此,本文結(jié)合該工程實例,選取相同尺寸、間距20m的兩基坑斷面為分析對象,對基坑開挖卸載對相鄰基坑圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響進行研究。

2計算模型

計算中假定:(1)由于基坑圍護墻體、支撐的剛度相對(上海)軟土而言大得多,因此計算中假定為線彈性體;(2)計算中不考慮地下連續(xù)墻與墻后土體的脫離現(xiàn)象,認為土體和墻體始終是協(xié)調(diào)變形的[1]。

計算過程中,土體采用四結(jié)點等參單元,圍護墻體采用梁單元,鋼支撐采用二力桿單元模擬。模型寬度及高度分別取基坑開挖深度的7倍及3倍。計算模型的上邊界為自由邊界,底邊界固定,其余各邊分別限制其向基坑方向的變形。由于假定了變形協(xié)調(diào)條件,因此支撐梁單元、連續(xù)墻單元都認為和土體的變形一致,不需另加約束條件。

計算模型如圖1所示,土體模型采用理想彈塑性模型,計算參數(shù)見表2。

選取兩種工況進行模擬分析:工況一,左邊基坑單獨施工;工況二,右邊基坑開挖至坑底時,左邊基坑開始施工。兩基坑的水平間距為20m。

3計算結(jié)果分析

支撐軸力

支撐軸力取各開挖步中各支撐的最大軸力值,計算結(jié)果見表3。

由表3可以看出,雖然右側(cè)基坑土體的開挖卸載對左基坑支撐的受力較為有利,但由于右基坑圍護結(jié)構(gòu)的作用,左側(cè)基坑支撐軸力比單坑情況時要增大約13%;而左側(cè)基坑的開挖卸載,對右側(cè)已開挖至坑底的基坑也產(chǎn)生一些影響,支撐軸力比單坑情況要減小約11%。

圍護結(jié)構(gòu)彎矩

工況一

基坑左側(cè)及右側(cè)圍護墻體彎矩隨深度的變化如圖2所示,圖中墻底為0m,2、4、6、8步為架設(shè)支撐步驟,1、3、5、7、9步為開挖步驟。

工況二

左、右基坑圍護墻體的彎矩結(jié)果見圖3、圖4,圖中的11、13、15、17、19步分別表示右側(cè)基坑已開挖結(jié)束后的左側(cè)基坑開挖步。

兩種工況情況下圍護墻體的彎矩對比結(jié)果見表4。

由上可以看出:

(1)由于右基坑開挖卸載的影響,左基坑左側(cè)圍護墻體最大彎矩值比單坑情況增大了6%,其右側(cè)圍護墻體彎矩值比單坑情況減小了約20%;

(2)由于左基坑開挖卸載的影響,已開挖至坑底的右基坑圍護墻體的彎矩也有一些變化:其左圍護墻體彎矩隨左基坑的開挖比單坑情況減小了約4%,而右側(cè)圍護墻體的彎矩則比單坑情況增大了約3%;

(3)通過對兩種施工工況的有限元計算分析,可以得出以下結(jié)論:對擬建基坑及已建成基坑,開挖卸載對內(nèi)側(cè)圍護墻體的受力較為有利,對外側(cè)圍護墻體的受力較為不利,實際施工中應(yīng)對此引起重視。

4施工的實際情況

現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn),地下變電所基坑的地下連續(xù)墻墻身側(cè)向變形的變化值和最大變形速率基本出現(xiàn)在開挖面附近,最大變形速率在/d之內(nèi),最大值為26mm,滿足基坑安全和圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。該基坑的開挖對L1線盾構(gòu)工作井基本沒影響。