软土基坑开挖位移性状数值模拟研究

2018-08-20李世峰王文玉司要鑫

山东工业技术 2018年14期

李世峰王文玉司要鑫

摘要：基坑的围护结构的稳定性是保障工程安全施工的重要环节。本文以某火车站围护结构施工为背景，检算基坑围护结构安全性，并进行安全分析。首先，分析工程概况，选取合适的围护结构类型；其次，运用ABAQUS有限元分析软件，模拟基坑的开挖过程；最后，通过分析基坑围护结构的变形等情况，判断所选择围护的稳定性，这种数值模拟的安全分析思路可为类似工程提供借鉴。

关键词：基坑；围护结构；有限元分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.101

1 引言

近年来，随着城市开发进程的日益深入，地下空间的开发与利用成为了新的趋势[1]。基坑工程的规模和深度不断加大，而且一般是建在建筑较密集、人口较稠密的地区，如果在施工过程中出现施工不規范或围护结构设计不合理等现象可能会引发严重的事故，譬如城市道路局部沉陷、临近既有地下管线的错位、临近建筑物发生地基不均匀下沉、开裂、倾斜甚至倒塌等，造成巨大的人员伤亡与经济损失[2]。这也突显出了基坑围护结构的科学设计与基坑安全分析在施工过程中的重要性与必要性[2-3]。

2 工程背景及方案比选

某基坑工程拟采用明挖施工，车站基底埋深约17.0m，根据设计提供的资料，自上而下依次为黄土、砂土、强风化砾岩等地层，围护结构方案的应遵循“安全、经济、方便施工”的方针，并综合施工方法、沿线地形及地质条件等因素，在钻孔桩及地下连续墙两种方案比选的基础上得出决定采用地下连续墙围护结构方案。

3 数值模拟分析

本次模拟选取了典型横剖面作为研究对象，考虑到各方面因素，选用二维模型，模型尺寸为55m*40m，模拟基坑单侧四步开挖过程，开挖深度为15m（如图1）。

基坑开挖模拟显示：

（1）施加外部荷载图形：受外部荷载作用，开挖基坑周围土体发生沉降变形，土与围护结构相互作用，从而引发混凝土灌注桩发生变形。

（2）随着开挖深度的增加，连续墙变形进一步加大。第四次开挖，开挖深度到最大，连续墙变形也达到峰值。

各阶段连续墙水平位移曲线如图2：

由于工程地质条件复杂，地下连续墙置于中风化岩石中，约束较大，所以墙底的水平位移趋近于零。最大水平位移为5.6mm，在施工允许范围30mm内，偏于安全。

4 结论

基坑的围护结构的稳定性是保障工程安全施工的重要环节。影响基坑开挖计算结果的不确定因素很多，如土体参数的选取、边界条件的，确定、围护结构的刚度、基坑开挖网格的划分等，在一次模拟计算中不可能将所有因素都考虑全面，所以会产生一定计算偏差。

从整体上来说，本文以某火车站围护结构施工为背景，检算基坑围护结构安全性，并进行安全分析。模拟值基本上反应了基坑开挖的过程，其模拟精度也可以满足工程的需要，达到了预期目标。