葫芦形锚碇基坑地下连续墙开挖阶段变形规律研究

凌李华, 吴 欣, 董 城

(1.长沙理工大学， 湖南 长沙 410015； 2.湖南省交通科学研究院, 湖南 长沙 410015)

葫芦形锚碇基坑地下连续墙开挖阶段变形规律研究

凌李华1, 吴 欣2, 董 城2

(1.长沙理工大学， 湖南 长沙 410015； 2.湖南省交通科学研究院, 湖南 长沙 410015)

葫芦形地下连续墙结构在世界上没有太多工程与理论经验，属于地下连续墙的难点工程。通过有限元计算与实测结果对比分析，揭示了葫芦形地下连续墙在基坑开挖过程的变形规律，为后续同类型工程提供参考。

葫芦形锚碇； 地下连续墙； 变形规律

0 引言

葫芦形地下连续墙结构在圆形地下连续墙结构的基础上加以改进，利用圆拱形支护结构的所特有的的“拱效应”抵抗周围土体产生的土压力，使深基础支护的结构受力要求与施工实际的需求得到满足。但即葫芦形地下连续墙结构因中间隔墙影响了圆形地下连续墙的整体性，使得不对称的葫芦形结构的受力更加复杂，这在世界上也没有太多工程与理论经验，属于地下连续墙的难点工程。因此很有必要借助于有限元软件，建立三维模型并结合实测数据来分析地连墙结构的变形规律。

1 工程背景

某大桥锚碇基础为支护开挖深埋扩大基础，基坑采用地下连续墙支护结构体系，墙厚1.2 m，平面布置采用与锚体相匹配的葫芦形，由两个不相等半径的圆弧组成，小圆半径28 m，大圆半径32 m，顺桥向全长98 m，墙高26～35 m。

中间设置一道隔墙，由隔墙将基础分隔成锚碇前、后仓两大部分。地连墙内侧沿竖向设置不等厚的内衬支护。地连墙施工完成后，采用逆作法分层开挖土体，分9层施工内衬。内衬及土体分层高度为3.0 m(深度18.0 m以下层高为2.5 m )。采用岛式开挖法分区进行对称开挖并浇筑内衬混凝土。外侧地连墙内衬从上向下依次为:基础顶面以下0～9 m深度内厚1.5 m, 9～18 m深度内厚2.0 m，超过18 m深度厚2.5 m，中间隔墙处地连墙两侧竖向各设1.2 m厚内衬(见图1、图2)。

图1 地连墙及内衬平面图(单位： cm)Figure 1 Underground continuous wall and lining the floor plan(unit: cm)

图2 地连墙及内衬立面图(单位： cm)Figure 2 Underground continuous wall and lined with elevation(unit:cm)

2 计算模型

考虑到分析对象的对称性，取支护体系的一半建立有限元模型，即南北沿桥中轴线将支护结构体系剖开。根据地下连续墙的实际规模，同时为了减小边界条件对模拟结果产生的影响，计算域取266 m ( 长 )×116 m ( 宽 )。其中，开挖面外侧宽度为84 m，是基坑开挖深度的3倍 。计算域及单元划分别见图3、图4。

按照施工顺序将基坑开挖过程分为11个工况，见表1。

图3 总体三维模型图Figure 3 The overall 3 d model diagram

图4 地连墙及其内衬模型图Figure 4 The underground continuous wall and its lining model diagram

表1 计算工况表Table1 Tablecalculationconditions编号工况说明编号工况说明1初始应力分析2开挖第1层土体3开挖第2层土体，浇筑第1层内衬4开挖第3层土体，浇筑第2层内衬5开挖第4层土体，浇筑第3层内衬6开挖第5层土体，浇筑第4层内衬7开挖第6层土体，浇筑第5层内衬8开挖第7层土体，浇筑第6层内衬9开挖第8层土体，浇筑第7层内衬10开挖第9层土体，浇筑第8层内衬11浇筑第9层内衬

3 计算结果

地下连续墙的位移变化反映了基坑开挖过程中墙体与土体之间的相互作用关系，尤其是其水平方向的位移。GTS分析地下连续墙的水平位移结果如图5～图8所示，正负号如图中坐标轴所示。

根据以上墙体水平位移情况图，在考虑收缩徐变的情况下，墙体水平位移最大值发生在大圆侧圆弧与桥轴线夹角90°处。基坑开挖的前7个工况，最大水平位移发生位置逐步下移，从第7个工况开始最大水平位移位置不再变化，但最大水平位移值逐渐增加，根据程序计算书，图9所示为墙体每个工况X、Y、Z方向的最大位移值。整个开挖过程X、Y、Z最大位移值分别为1.43、-2.02、0.61 mm，出现在第11工况。

图5 开挖第一层水平位移Figure 5 Excavation horizontal displacement on the ground floor

图6 开挖第四层水平位移Figure 6 Excavation layer 4 horizontal displacement

图7 开挖第七层水平位移Figure 7 Excavation layer 7 horizontal displacement

图8 浇筑第九层内衬水平位移Figure 8 Excavation layer 9 horizontal displacement

图9 墙体各工况最大位移值Figure 9 Working condition of the maximum displacement of wall

4 实测与理论对比

表2中理论计算值根据施工现场温度情况进行了修正。水平位移测量的误差为±1 mm,单层土体开挖最大水平位移理论计算值与实测差值除第一层外均小于1 mm,理论值于实测值相符。

表2 单层土体开挖最大水平位移变化表Table2 Single⁃layersoilexcavationmaximumhorizontaldisplace⁃mentchangetable开挖层数单层理论计算值/mm单层实测值/mm101601820203330320484062085042047606408670721078～10074087

实测值与计算值变化趋势相同(见图10)，实测值均略大于计算值，其主要原因为：地连墙墙体间并无横向钢筋联系，墙体实际刚度小于理论计算刚度。

图10 累计最大水平位移对比图Figure 10 Accumulated maximum horizontal displacement contrast figure

5 结论

① 基坑开挖过程中墙体最大水平位移出现在大圆侧与桥轴线夹角90°位置，最大位移量随着基坑开挖深度增加而增加。

② 基坑开挖前期，随着开挖深度增加，墙体最大水平位移出现位置逐步下降。从第7工况开始，最大水平位移出现位置下降至地面以下9 m，即1.5 m厚内衬与2 m厚内衬交接处时，不再随着开挖深度增加而下降。

③ 实测累计最大位移较理论计算值偏大，考虑到地连墙墙体间并无横向钢筋联系，理论计算时墙体刚度应做适当折减。

④ 温度是影响墙体变形的重要因素，实际工程中理论数据应根据实际温度变化进行修正。

[1] 郑刚，焦莹．深基坑工程：设计理论及工程应用[M]．北京：中国建筑工业出版社,2010.

[2] 吴国光.岳阳洞庭湖大桥关键技术研究及对策[J]．中外公路，2013，33(6):110-114.

[3] 丛蔼森.地下连续墙的设计施工与应用[M]．北京:中国水利水电出版社,2001．

[4] 吴九江，程谦恭，文华,等．地下连续墙基础在日本的多样化发展[J]．工业建筑，2013，43(1):144-149.

[5] 崔冰，贾立峰，李丹,等．南京长江第四大桥南锚碇地下连续墙支护结构设计[J]．中国工程科学，2013(8)：26-30.

LING Lihua1, WU Xin2, DONG Cheng2

(1.Changsha University of Science and Technology , Changsha, Hunan 410015, China; 2.Hunan Communications Research Institute, Changsha, Hunan 410015, China)

the form of underground continuous wall structure without too much experience in engineering and theory in the world, the difficulties of Engineering belongs to the underground continuous wall. Compared with the measured results by the finite element calculation analysis, reveals the gourd shape of the underground continuous wall in the deformation law of foundation pit excavation process, provide reference for subsequent similar engineering.

gourd shaped anchor; underground continuous wall; deformation law

2015 — 05 — 14

湖南省交通科技项目(201310)

凌李华(1991 — )，男，湖南长沙人，博士研究生：主要从事桥梁结构工程研究。

U 455.45+2

A

1674 — 0610(2016)06 — 0036 — 03