深基坑围护结构水平位移变形分析

文/王林 中交隧道工程局有限公司 江苏南京 210000

深基坑围护结构水平位移变形分析

文/王林 中交隧道工程局有限公司 江苏南京 210000

为对深基坑围护结构水平位移变形展开分析，本文对南京市纬三路过江通道工程江北明挖段基坑监测资料展开了分析，发现深基坑围护结构水平方向最大变形位于开挖断面附近，基本符合工程经验。在此基础上，则对监测数值展开了模拟分析，发现可以根据设计围护结构厚度完成水平位移最大侧移值的预测。

深基坑围护结构；水平位移；变形分析

随着城市化建设的不断推进，在大城市进行深基坑开挖也将遭遇更多的管道线路和密集的建筑物。而一旦深基坑开挖过程中出现较大变形，就可能导致周围建筑物的安全遭受威胁。所以就目前来看，深基坑变形控制问题引起了人们的关注。因此，相关人员还应加强深基坑围护结构水平位移变形问题的研究，以便利用获得的变形规律实现深基坑变形控制。

1、工程概况

南京纬三路过江通道工程江北明挖段为地下2层结构，采取明挖顺作法进行工程施工。全长约173m，基坑开挖深度达13.1-22.1m，宽度27.7-37.6m，采用800-1200mm厚地下连续墙和5道支撑作为支护结构。在5道支撑中，第一道为900*1000mm混凝土支撑，其余则为钢支撑，直径609mm，厚度为16mm，支撑间距400cm。从工程地质特征上来看，开挖范围内的土层除表层为②1软塑状粘土外，基本均为②2层流塑淤泥质粉质粘土，开挖深度以下为②2 层流塑淤泥质粉质粘土，③1层软塑-流塑状粉质粘土夹粉砂、④1层及④3层中密-密实粉砂、⑤2层砾砂及⑤3层卵砾石。

2、深基坑围护结构水平位移变形分析

围护结构水平位移的监测是确定基坑围护体系变形和受力的最重要的观测手段，通常采用测斜手段进行观测。在深基坑施工过程中，我们发现围护结构地下连续墙趾进入开挖面以下的较深底部基本无位移产生。在不断进行深层土体开挖过程中，墙体最大水平变形将随着开挖加深向下移动，并在开挖断面附近出现，导致围护结构水平位移曲线由“踢脚形”变为“大肚形”[1]。并且，已加支撑处的变形较小。为对深基坑围护结构水平位移变形展开分析，我们了选取3个(CX03，CX08,CX15) 深层水平位移监测点，它们分别位于围护结构不同位置而开挖深度基本相同的，平面位置如图1所示。通过对其变形情况进行监测，并按数值模拟对水平位移变形进行模拟分析，以寻求防治变形的有效措施。

图1 监测点平面布置图

2.1 围护结构水平位移变形情况

2.1.1 同一测点变形情况

针对多支撑基坑围护结构，在未达到设计支撑强度的情况下进行开挖作业，围护结构变形情况与自立式围护结构相似，可将管底设置为基准点。完成顶层支护后，管顶变形受限。随着开挖深度的增加，管底将发生变形，此时应将管顶设置为基准点，然后从上至下完成深度变形值的累计，并直至完成开挖作业[2]。分析同一测点在不同开挖深度的变形情况可以发现，由于工程第1道支撑为混凝土支撑，并且采取多支撑结构，所以测点顶部变形为零。随着基坑开挖深度的不断增加，最终坑底附近出现了最大变形。在设计开挖标高往下的位置，变形则持续收缩。随着开挖作业持续进行，墙体最大变形位置基本保持不变。但受坑外土体作用，最大值有所提高。

2.1.2 不同位置测点在同一开挖深度变形情况

分析对比上面3个监测点在开挖过程中的水平变形曲线（如图2所示）。不难发现，位于基坑长边中间、阳角处位置的测点CX08和CX03，水平位移最大，而位于基坑端头和阴角的测点CX15，水平位移则相对较小。

2.2 围护结构水平位移数值模拟

在深基坑围护结构变形分析上，采取现场试验通常需要花费较大代价验证分析结果。采取数值模拟方法进行分析，则能够利用工程经验和数值计算完成围护结构变形规律的分析总结。

2.2.1 分析模型

针对位于基坑边中心位置的测点，可利用分析模型对测点变形情况进行拟合。具体来讲，就是结合地质勘探土层数据，并利用PLAXIS有限元软件将薄土层与参数相近土层合并，从而实现土层分布的简化。在模拟类型设置上，应选择平面应变，然后利用模拟结果进行测点测斜曲线拟合。在模拟过程中，需使用HS本构模型进行土体模拟，并使用弹性模型进行地下连续墙的模拟。考虑到接触面强度参数应比相连土体强度参数要低，还要用折减系数进行接触面强度参数与土层摩擦角及黏聚力间关系的描述[3]。对比实测值和模拟值可以发现，拟合值能够较好的反映实际值变化。

2.2.2 变形预测分析

地下墙的连续变形，会受到连续墙等效厚度、土层条件、插入比和开挖深度等因素的影响。所以在保持其他因素不变的条件下可以通过改变连续墙厚度来实现对围护结构的变形控制。通过模拟分析可以发现，围护结构厚度的增加，并未影响到墙体最大变形位置。但随着厚度的增加，最大变形值则在不断减小。由于得到的拟合曲线基本符合正态分布，所以在与该工程有着等同条件的区域，可以在明确连续墙设计厚度的基础上完成围护结构水平位移变形情况的预估。该工程围护结构厚度在0.8-1.2m之间，能够在连续墙厚度增加的情况下发挥显著抑制变形作用。因此在实际工程建设中，想要降低深基坑围护结构水平位移变形，依靠增加连续墙厚度可以达成预期目标。

结论：

通过对深基坑围护结构水平位移变形展开分析可以发现，围护结构最大侧移值将在开挖断面附近出现。在狭长型深基坑施工过程中，靠近基坑长边中间位置和阳角的测点有较大变形，靠近端头位置的测点变形相对要小。此外，围护结构厚度在一定范围内，通过增加地下连续墙厚度能够较好进行结构水平位移变形的抑制。

[1]胡斌,郭利娜,李方成等.武汉地铁名都站深基坑围护结构水平变形分析与仿真模拟研究[J].工程勘察,2012,08:7-12+31.

[2]刘国彬,王卫东.基坑工程手册（2版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[3]刘勇健,刘意美,陈创鑫等.软土深基坑围护结构水平变形特性研究[J].广东工业大学学报,2016,01:89-94.