考虑工程桩存在的深基坑回弹空间影响因素分析

孙新

摘 要：在地铁车站的深基坑开挖施工过程中过量的基坑回弹将影响结构自身的内力重分布，周边的交通轨道与四周建筑物的安全问题也会受到影响。工程桩在基坑开挖的同时会受到一定程序的影响。既往回弹实测资料中可以看出，深基坑开挖后的基底回弹会受到工程桩的限制。

关键词：坑底隆起变形；回弹空间效应；开挖深度；数值模拟分析

中图分类号：TU473.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）01-0017-02

Abstract： During the excavation of deep foundation pits in the subway station， excessive rebound of foundation pit will affect the redistribution of internal force of the struacture itself， and the safety problems of surrounding traffic tracks and surrounding buildings will also be affected. In the excavation of foundation pits， the engineering piles will be affected by certain procedure. It can be seen from the measured data of rebound in the past that the springback of the foundation after excavation of deep foundation pit will be limited by the engineering pile.

Keywords： bottom uplift deformation； springback spatial effect； excavation depth； numerical simulation analysis

1 概述

近年来，伴随大规模地下空间的发展出现了大量的深基坑工程。开挖深度20～40m的深基坑越来越多，甚至出现了开挖深度超过40m的超深基坑。

本文通过构建六种基坑回弹计算分析模型，采用数值分析的方法模拟基坑分步开挖等不同施工过程以及工程桩存在与否的影响，通过对比结果的分析得出基坑开挖面积以及开挖深度等空间因素对基坑开挖回弹量的影响规律。

2 基坑坑底隆起空间影响因素

2.1 模型建立

为了将存在工程桩和不存在工程桩的开挖基坑模型结果进行对比，本文按照上述条件建立了六个分析模型：模型A1基坑尺寸为24m×12m，不考虑工程桩的作用，模型A2基坑尺寸为同尺寸考虑工程桩的作用；模型B1为36m×12m，不考虑工程桩的作用，模型B2基坑尺寸为同尺寸考虑工程桩；模型C1基坑尺寸为48m×12m，不考虑工程桩的作用，模型C2基坑尺寸为同尺寸考虑工程桩的作用。土体的本构模型采用修正剑桥模型，土层的力学指标如表2所示。为模拟土和地连墙之间的相互作用，模型采用扩充后的面面接触的莫尔-库仑滑动摩擦准则。

其中，挡土墙、工程桩为混凝土灌注桩选取C35混凝土材料属性。支撑采用弹性材料，弹性模量3.15e+4Mpa，泊松比为0.2。

计算域的尺寸原则上要取至基坑开挖结构受力后不再产生变形影响的边界为止。模型的边界条件如下：沿X轴方向，对模型的左右两边界施加X方向的水平约束；沿Y轴方向，对模型的底边边界施加X-Y两方向的固定约束。

2.2 模拟结果分析

（1）模型A1：基坑开挖尺寸24m×12m，不考虑工程桩情况下基坑坑底隆起曲线如图所示。模型A2：基坑开挖尺寸24m×12m，考虑工程桩情况下基坑坑底隆起曲线如图1所示。从图1可以看出，不考工程桩的基坑坑底隆起与弹性理论分析坑底弹性隆起特征是一致的，即坑底中心部位隆起最高。各步开挖后基坑中心处的变形量分别为2.9cm，4.4cm，5.2cm。从图3可以看出，当存在间隔为4m的工程桩时，基坑回弹值明显降低。各步开挖后基坑中心处的变形量分别为1.64cm，2.58cm，2.92cm。

（2）模型B1：基坑开挖尺寸36m×12m，不考虑工程桩情况下基坑坑底隆起。模型B2：基坑开挖尺寸36m×12m，考虑工程桩情况下基坑坑底隆起，两个模型条件下的隆起曲线如图2所示。

（3）模型C1：基坑开挖尺寸48m×12m，不考虑工程桩情况下基坑坑底隆起分析，模型C2：基坑开挖尺寸48m×12m，考虑工程桩情况下基坑坑底隆起分析，两个模型条件下的隆起曲线如图3所示。

由图2和图3可以看出基坑底部隆起随基坑开挖深度的增加而增大，基坑不同位置隆起沿深度变化趋势大致相同，在地连墙和工程桩处，隆起量沿深度明显降低。在开挖相同深度后，有桩时的回弹量最大值较无桩时减小40%～60%。

对比两种工况的分析结果，基坑开挖的性状会由于工程桩而受到一定程序的影响，因为基坑开挖前会先完成工程桩的施工。工程桩的刚度与强度会减小基坑回弹量，坑底土整体力学性能的提升也会受一定影响。基底隆起是受到基坑开挖的影响，工程桩对基底隆起有一定的限制，土和桩两者之间有一定的摩阻力，工程桩对被动区土体具有一定的拉锚作用，对基底隆起起到控制作用，所以大大提高抗隆起稳定性。

表1和表2分别为无工程桩与有工程桩影响下基坑最大回弹量的结果统计表，由表1和2可以得出，对于相同开挖面积和形状的基坑，最大回弹量随开挖深度的增加而增加。不考慮工程桩影响的情况下，基坑开挖深度增加一倍时，最大回弹量增加50%～70%；开挖深度增加两倍时，最大回弹量增加70%～110%。在考虑工程桩的影响下，若基坑开挖深度增加一倍时，最大回弹量较原来增加40%～60%；当开挖深度增加两倍时，最大回弹量增加80%～90%。

3 结论

本文采用数值分析的方法模拟深基坑分步开挖过程，基于分析结果得出基坑开挖面积以及开挖深度等空间因素对基坑开挖回弹量的影响规律。可得到如下结论：

（1）基坑开挖引起的隆起变形受开挖深度、开挖面积以及有无工程桩三种因素的显著影响。基坑隆起随开挖深度及开挖面积的增加而增加；不考虑工程桩时基坑中部的位移值最大，而靠墙体部位隆起位移较小；考虑工程桩时基坑的最大位移不发生在基坑中部，而是在桩与桩之间。

（2）工程桩对基坑底面及地面以下底层的隆起有明显的限制作用。对比基坑开挖坑底隆起量沿深度变化关系曲线可以发现，工程桩使基坑开挖面以下土体竖向位移明显减小，随着开挖深度的增加，沉降逐渐减小，而回弹作用逐渐增加。

参考文献：

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