深浅交替地下连续墙的变形研究

2018-05-22刘丽萍范松松

四川轻化工大学学报(自然科学版) 2018年2期

刘丽萍，高飞，范松松

（西安工业大学建筑工程学院，西安 710032）

引言

随着社会的发展，大深度地下空间的利用日益成为城市建设开发的一个重要领域，地下连续墙作为稳定、安全的支护结构越来越多的被运用在基坑工程中［1-2］。普通地下连续墙存在渗水和墙面平整度低等问题，许多学者［3-9］对此进行了优化和改进。深浅交替地下连续墙中深槽幅兼作上部结构的基础，在空间利用、节约成本、施工进度等方面具有明显优势。作为一种新的地下连续墙形式，其变形有别于普通地下连续墙，因此充分认识深浅交替地下连续墙挡土结构在开挖过程的变形规律，是进行变形设计和保证基坑安全的基础，对促进地下连续墙更广泛的应用具有重要意义。

结合武汉某深基坑工程为例，采用软件对基坑内采用深浅交替地下连续墙支护开挖状态进行模拟，从而得到围护结构、土体的水平位移与内力特征，与监测数据进行对比和分析，得出深浅交替地下连续墙的变形特性。

1 工程概况

武汉市某还建房地基坑工程施工现场，东北侧为江汉路步行街，东南侧为好乐迪歌厅，西南侧紧靠交通路，西北侧为中山大道。基坑采用盖挖逆作法施工，地下三层主体结构，开挖平均深度15 m，开挖面积6450 m2，基坑形状不规则，最长181.65 m，最宽53 m。地下连续墙深度在30 m～67 m，厚度0.8 m，共56幅。其中，中山大道一侧和花楼街一侧共15幅连续墙深度均为30 m（浅槽幅）；交通路一侧41幅为深浅交替幅段，有21幅深槽（深度超过62 m），20幅浅槽（深度为30 m）。基坑安全等级为一级，场地等级为一级，地基等级为二级，岩土工程勘察等级为乙级。

1.1 场地工程地质条件

根据勘测资料，场区内地基土自上而下可分为九层，按物理力学性状的差异又细分为亚层，各土层的工程地质特征见表 1［10］。

表1 土体特性指数

1.2 水文地质条件

施工场地地下水按埋藏条件主要为上层滞水和层间承压水。上层滞水主要存在于人工填土层中，含水与透水性不一，地下水位不连续，无统一的自由水面，水位埋深为0.5 m～2.0 m。场区内主要地下水为承压水，存在于粉砂和中砂土层中，埋深为38 m～42 m，多数由长江水补给，水位具有季节性变化，年变幅为3 m～4 m，大气降水对承压水的补给较小。场区内地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。地下水位以上的土体混凝土结构和钢筋混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性，对钢结构具有强腐蚀性。

2 基坑监测

工程位于武汉市地铁汉江路附近，地处武汉市繁华地段，周边建筑物密集，过往行人和车辆不断，基坑监测等级一级［10］。基坑开挖面积较大，槽段每隔20 m设置观测点，其中C1～C9为地连续墙监测槽段（C1、C3、C5、C7为深槽段，其余为浅槽段），F为房屋监测，监测点布置如图1所示，地连续墙纵断面图如图2所示。

图2 地连续墙纵断面图

在若干监测点中，本文选取深浅交替墙段上深槽幅段（C5）和浅槽幅段（C4）各一点，并选取浅槽幅段上一点C8，针对深浅交替地下连续墙的变形进行研究。基坑开挖由东向西分段开挖，监测得到的主要工况下墙体水平位移如图3所示。

图3 各测点地下连续墙不同深度水平位移

由图3可知，第一个工况下开挖后墙体卸荷，坑外土压力大于坑内土压力，由于顶部设置水平支撑，墙体产生了负向位移。随着基坑的继续开挖，地下连续墙的位移逐渐变大，墙体向坑内凸出，最大侧移深度大致在开挖面附近，符合地下连续墙的变形特征。不同的是各槽幅的最大侧移，深槽幅的侧向位移最小，仅为18.94 mm，浅槽幅比深槽幅段位移大，为24.71 mm，分别为基坑开挖深度的0.12%和0.16%。非深浅交替槽段地下连续墙最大侧移为27.85 mm，约为基坑开挖深度的0.18%。比较C4和C5两点最大位移量，C5点最大变形比C4点小20%左右，C5点地下连续墙体深度超过62 m，而C4点地下连续墙深度仅为30 m，说明地下连续墙的插入深度对变形有很大的限制作用。C4点最大变形量比C8点约小15%，而两幅段地下连续墙的插入深度相同，说明深浅交替槽段中，深槽幅段承载了更多的土压力，并且对浅槽幅段有一定的嵌固能力，可以很好的限制浅槽幅段地下连续墙的侧移。

图4为地下连续墙墙顶沉降量与时间关系图。由于土体的开挖，墙体两侧的摩阻力会变小，墙体上升。土体开挖过程中也伴随着施工降水，水压力减小，会造成墙体下沉。在各施工工况中，由于地基回弹、自重和施工荷载的影响，由图4可知地下连续墙在竖向会呈现反复隆沉的变形现象，但墙顶沉降整体趋势逐渐变大。图4中C4监测点，墙顶沉降值达到最大20.91 mm，大于其他两个监测点的沉降值。C4点位于深浅交替墙段的浅槽幅段，墙顶沉降大于C5监测点的深槽幅段，说明地下连续墙的插入深度越大，墙顶的沉降量就越小。C4与C8点墙顶沉降量大致相同，说明地下深槽幅段对浅槽幅段地下连续墙的竖向位移影响较小，为减小墙顶沉降而把地下连续墙设计为深浅交替型并不经济。

图4 地下连续墙墙顶沉降变化曲线

3 理正软件计算分析

针对本工程采用理正深基坑6.0软件进行支护计算，计算时土的本构模型为弾性模型，考虑固结。内力计算采用增量法［11］，各土层参数见表1，其余基本参数见表2。该软件能够反映基坑开挖过程中的应力应变特征，已被广泛使用［12-16］。由图5和图6可知，基坑开挖时，地下连续墙的最大位移出现在墙顶处。随着基坑向下开挖，地下连续墙最大位移逐步下移，始终在开挖面附近。C4断面和C5断面处，地下连续墙的最大位移位置大致相同，在工况开挖15 m时出现，位置在开挖面以上2 m左右。C4断面最大位移量为26.21 mm，比实测值24.71 mm略大。C5断面最大位移量为16.89 mm，比实测值18.94 mm略小。