PLAXIS在基坑开挖对周边环境影响评估中的应用

钱 宏 伟

(上海千年城市规划工程设计股份有限公司，上海 201108)



PLAXIS在基坑开挖对周边环境影响评估中的应用

钱 宏 伟

(上海千年城市规划工程设计股份有限公司，上海 201108)

介绍了某基坑支护的设计方案，采用PLAXIS有限元软件，模拟分析了基坑开挖对周边构筑物的影响，预测了周边构筑物的变形规律，对基坑支护方案进行了评估，并给出了一些基坑施工建议，为保证工程的顺利进行奠定了基础。

PLAXIS，基坑开挖，周边构筑物，数值模拟

1 工程概况

基坑总周长约为480 m，场地内原有建筑已拆除，大部分场地已平整至相对标高-3.1 m，本基坑工程一般开挖深度8.95 m。

根据设计资料及现场踏勘发现基坑南侧紧邻一排水沟，排水沟宽度为9 m，深度约为2.0 m，水深1.0 m，基坑三轴搅拌桩止水帷幕外侧距排水沟的距离为1.60 m；排水沟南侧为一居民小区，构筑物为5层砖混结构，设1层地下车库，地下车库埋深约为1.5 m，基坑三轴搅拌桩止水帷幕外侧距居民小区内构筑物的最近距离约为20 m。基坑安全等级为二级，环境保护等级为二级。

排水沟南侧已有的居民小区建筑物距基坑距离较近，本文主要分析基坑在开挖的过程中对排水沟南侧已有构筑物的影响。

2 基坑支护设计方案

根据基坑周边环境情况，基坑南侧采用复合土钉墙的支护型式，复合土钉墙采用二级放坡，其中一级坡放坡高度为4 m，坡比i=1∶0.81，坡面梅花状布置长度1.5 m的钢筋，钢筋水平及竖向间距均为1.5 m，二级坡高度4.95 m，坡比i=1∶0.95，坡面打设5道土钉，基坑开挖至基坑外侧采用φ850@600三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，基坑支护剖面图如图1所示。

3 数值模拟分析

采用PLAXIS有限元软件建立平面应变模型对前文所述基坑支护形式进行模拟分析。根据王卫东[1，2]研究，本文基坑开挖模拟选用的土体本构模型为HS-Small模型。

3.1 模型简化及土体参数选取

1)模型简化。在构筑物范围内施加108 kPa的均布荷载来模拟5层砖混结构+1层地下车库的自重；基坑与排水沟之间的1.6 m宽度范围内施加2.5 kPa均布荷载用来模拟施工阶段的人行荷载；居民小区内构筑物外区域施加5 kPa均布荷载来模拟小区内的行车和行人荷载。并且坑外水位维持在地面以下1.0 m不变，坑内水位位于坑底以下。

土钉采用锚定杆单元模拟，利用刚度等效原理，对于H型钢采用板单元模拟，不考虑止水帷幕的作用。土钉及H型钢的物理力学性质如表1所示。

表1 土体HS-Small模型参数

2)土体参数选取。根据勘察报告及王卫东[1,2]研究成果，本文数值模拟选取的土体力学参数如表2所示。

表2 结构参数

3.2 模型建立

根据基坑开挖深度及土层厚度，确定模型的尺寸为80 m×55.5 m，模型的竖向边界约束水平方向位移，底面为固定边界，且底部边界、左侧边界的渗流路径设置为关闭。土体单元类型为15节点三角形单元。有限元计算模型如图2所示。

4 数值计算结果分析

考虑土体变形的时空效应[3]，并假定坑外水位维持在地面以下1.0 m不变，计算过程中分步开挖土体并施加围护体系，随着基坑开挖深度的增大，已有构筑物水平及竖向位移均有不同程度的增大，当基坑开挖至设计标高时，已有构筑物位移最大。根据计算结果，已有构筑物竖向最大位移为4.851 mm，水平方向的最大位移为2.021 mm,如图3所示。

5 结语

通过计算可知，基坑开挖至设计标高后，已有构筑物的变形值

未超过规范要求的报警值。为尽量减小基坑开挖施工对已有构筑物的影响，建议在施工的过程中严格遵循相应的规程规范，并且在基坑开挖深度2倍范围内禁止堆载。同时应控制坑外水位维持在一定的高程，避免坑外水位骤降对已有构筑物产生不利影响。

[1] 王卫东.基坑开挖数值分析中土体硬化模型参数的试验研究[J]．岩土力学，2012，33(8)：2283-2289.

[2] 王卫东.基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响的数值模拟[J]．岩土力学，2004(25)：251-255.

[3] 李俊才.深基坑支护结构的时空效应研究[J]．岩土力学，2003(5)：812-816.

The application of PLAXIS in foundation pit excavation to surrounding environment influence evaluation

Qian Hongwei

(ShanghaiQiannianUrbanPlanningEngineeringDesignLimitedCompanybyShare,Shanghai201108,China)

This paper introduced the design scheme of a foundation pit support, using PLAXIS finite element software, made simulation analysis on the influence of foundation pit excavation to surrounding environment, predicted the deformation laws to surrounding structures, evaluated the foundation pit support schame, and gave some suggestions for foundation pit construction, which laid foundation for the success of engineeing.

PLAXIS, foundation pit excavation, surrounding structure, numerical simulation

1009-6825(2017)14-0069-02

2017-03-10

钱宏伟(1989- )，男，硕士，助理工程师

TU463

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