地下水渗流对基坑开挖影响研究

2019-04-02

福建质量管理 2019年5期

(广州大学广东广州 510000)

引言

开挖对侧向位移的影响明显大于降水的影响，降水和基坑开挖都逐渐增大基坑后土体的沉降位移[1]。坑底超前降水能显著减小坑底隆起[2]，南京市地铁基坑工程悬挂式隔渗帷幕抽水试验的研究结构表明：在隔渗帷幕内试验，帷幕绕流阻水效果明显[3]。为了更准确模拟不同工况下，渗流场对基坑开挖中支护桩变形和基坑隆起的影响，本文利用大型有限元软件MIDAS/GTS建立在降水和开挖三维有限元模型，运行后分析了渗流影响下支护桩和地基隆起的变形规律。

一、工程概况

该拟建的建筑物基坑占地面积约为1050m2，平面较为规则呈长方形状，基坑开挖深度为7m，地下水位在地表下2m。采用双排管桩、单排管桩+内支撑支护，内支撑撑采用工字钢，基坑四周设置三轴搅拌桩止水帷幕厚度为1.0m，基坑内部设备基坑采用灌注桩+内支撑支护。基坑剖面图如图1所示，基坑剖面第一道支撑中心标高在地表下1m，第二道支撑中心标高在地表下3m。基坑各土层主要物理力学指标见表1。

表1 各土层主要物理力学指标

二、数值计算分析

(一)基坑开挖三维有限元模型。基坑取长宽高为30m×20m×13m，支护桩和内支撑采用梁单元，模型四面限制水平方向位移，底部限制水平方向和竖直方向位移。土体采用Mohr-Coulomb弹塑性模型，止水帷幕采用弹性模型，土体计算参数采用表1数值。

图1 基坑剖面图

(二)基坑开挖施工步骤。生成基坑开挖初始网格、建立初始计算模型，并在边界处施加位移约束边界条件，在初始应力及水压力条件下达到初始应力平衡。

三、结果分析

通过MIDAS/GTS有限元软件计算分析，由于基坑呈对称性，取基坑一半位移云图，基坑在第三次开挖后位移云图如图2所示。最终开挖后支护桩向基坑内的侧向变形发生在地表下6m处，不在基坑底7m处，侧向位移值为31.6mm。开挖后基坑外地表有隆起和沉降，靠近支护桩一侧有微微隆起，

远离支护桩一侧土体有沉降，同时基坑底部的对称轴上隆起比较明显，距离支护桩4.0m处，隆起30.7mm。

图2 基坑最终变形云图

基坑施工开挖过程中，第二次抽水开始由于支护桩的变形大小有差异，这样就会产生支护桩变形差，对支护桩极为不利，相对于第一次降水曲线而言支护桩的内力会大大增加。支护桩的最大变形出现在第三次开挖的地面埋深7.0m，变形值为31.6mm。在开挖面深度以上每次工况变形变化波动不一致，但总的变化趋势是逐渐变大，在开挖面深度一下每次工况变形较为相近，对土体的逐渐扰动，支护桩的变形也逐渐增加。

不同施工工况下开挖面基坑隆起，从第一次抽水到第三次抽水，基坑底面都是对称轴上比靠近支护桩两边隆起要小的多，特别是在第三次抽水的时候，对称中隆起值为11.8mm，但是靠近支护桩两边的隆起为25.3mm，相差了13.5mm。前三次工况中，第一次抽水、第一次开挖以及第二次抽水，对称轴处的隆起值较为接近而且也比较小。最后一次开挖和前面5种情况不一致，对称轴的隆起较两边大，这也符合正常的基坑开挖情况。

分析原因：主要是因为基坑开挖和降水是分阶段施工，在未开挖到基坑底时，虽然是在解除初始应力，但是开挖深度并不太大，所以对对称轴中的土体释放的应力小隆起的值也较小。但是靠近支护桩的土体不一样，从一开始就受到支护桩和止水帷幕的影响，土体的扰动也大，隆起值也大。