浅谈相邻双基坑开挖相互影响性状分析

文/周伟 攀钢集团工程技术有限公司 四川攀枝花 617000

以某实际相邻双基坑工程为原型利用PLAXIS 建立相邻基坑开挖的二维模型采用HS 土体本构模型分析相邻基坑同步开挖对土体位移、支护结构变形与内力的影响考虑不同开挖工序和不同基坑间距分析相邻基坑开挖的影响范围和基坑支护结构在不同开挖工序下的变形特征。

1、工程概况

本工程根据四川某基坑项目进行解析，详细状况如下所述：相邻基坑A 和B 坑平面形状接近相似，两基坑之间距离20m 地下水位为地表下-4m 处土层沿高度分布。B 基坑右侧交通量较大故其右侧考虑10 ～20m 处施加10kPa 的交通荷载。A 基坑开挖深度为12m 基坑存在放坡比例设为3：4。采用双排H700x300 型钢+3道锚索的支撑形式土体开挖到-4m、-7m、-10m 处各设置一道道锚杆.B 基坑开挖深度为15.5m 支护结构采用排桩+内支撑的形式排桩采用 Φ1200@1500 钻孔灌注桩桩长30m。土体开挖到-2.35、-8.35、-12.75m 处各设置一道水平支撑。

2、二维模型建立

采用PLAXIS 建立二维有限元模型。二维模型长420m 高60m.A 基坑H 型钢、放坡支护和B 基坑排桩均采用刚度等效方法模拟为地下连续墙等效后计算参数如表2所示。A 基坑锚杆采用点对点锚杆模拟自由段土工格栅模拟锚固段锚杆自由段轴向刚度EA 为6x105kN m-1 锚 固 段 弹 性 模 量E 为3x107kNm-2 锚固 体 直 径D 为0.16m 侧 摩 阻 力Ttopmax 为150kNm-1 钢管斜撑轴向刚度为5x106 kNm-1。B 基坑采用C30 钢筋混凝土内支撑截面为0.8m＊1.2m内支撑立柱为钢结构箱型杆件截面为0.32mx0.32m。在PLAXIS 模型底部施加固定约束水平和竖直方向均固定两侧竖直边界施加滑动约束水平方向固定竖直方向自由。土体参数采用不排水指标泊松比vur=0.49。土体本构模型采用HS 模型参考应力pref 取100kPa。土层其它本构参数详见表1。其中：h 为土层厚度Y 为土的重度k 为渗透系数Eref 为三轴加载模量Eref 为切线压缩模量Eref 为卸载—再加载模量m 为模量应力相关幂指数R。

3、相邻基坑同步开挖性状分析

基坑开挖面以下网格明显向上运动两基坑两侧地面均凹向变形。A 基坑1 号桩和2 号桩向坑内呈悬臂型变形B 基坑3 号桩和4 号桩向坑内凸向变形。地面沉降呈凹槽型A 基坑左侧地面最大沉降发生位置为0.75H 最大沉降值为0.0048H(H 为基坑开挖深度)。B 基坑右侧10 ～20m 范围考虑10kPa 的交通荷载最大沉降发生在距基坑边缘0.97H 最大沉降值为0.0051H。两基坑间地面最大沉降发生在两基坑的中间位置最大值为0.0074H。这是由于相邻基坑同时开挖对基坑间土体沉降产生叠加影响导致基坑间土体的沉降大于两侧基坑地面沉降。下图为开挖过程中A 基坑和B 基坑的坑底隆起曲线。图(a)表明A 基坑在第一层开挖阶段坑底中间部分隆起较小两侧围护墙向坑内变形围护墙附近土体隆起量大于中间土体。第二层和第三层开挖阶段坑底隆起为开挖卸载产生的弹性变形隆起呈中间大两边小的“锅底”型。第四层开挖阶段左侧围护结构向基坑内变形 进一步挤压坑内土体使坑底土体发生塑性变形隆起量大幅度增加。由于两基坑同时开挖引起的卸荷作用导致A 基坑右侧隆起量小于左侧。开挖到坑底后左侧最大隆起值为0.0021H 发生在距1 号桩1.33H 处。

图(b)表明B 基坑在第一层开挖阶段坑底最大隆起出现在右侧从左至右逐渐增大。第二层和第三层开挖阶段坑底隆起为开挖卸载产生的弹性变形隆起曲线呈中间大两边小的“锅底”型。第四层开挖阶段右侧围护结构向基坑内变形进一步挤压坑内土体使坑底土体发生塑性变形隆起量大幅度增加。开挖到坑底后右侧最大隆起值为0.0021H 发生在4 号桩左侧0.64H 处。

总结：

（1）相邻基坑开挖卸荷对远端围护结构和坑底隆起影响很小近端围护结构最大水平位移和坑底隆起小于远端。相邻基坑中间地面受相邻基坑开挖沉降叠加影响沉降量大于基坑另一侧地面沉降量。

（2）基坑间距在20 ～40m 时相邻基坑间地面沉降值最大沉降叠加影响最大。相邻基坑的面积值需要进行确定，沉降要符合标准，附近周围变形和基坑底部的发生问题，可能会出现隆起的状况，相邻基坑开挖影响降低。基坑间距在40 ～60m 时卸荷影响减小围护结构变形和坑底隆起趋于稳定。本研究认为两基坑同时开挖时基坑间距的影响范围为2.5 ～3.0。

（3）相邻基坑不同步开挖后开挖基坑围护结构位移整体偏向先开挖基坑方向.先开挖基坑超前开挖越多基坑近端围护结构水平位移与单独开挖情况差别越小而后开挖基坑近端围护结构与单独开挖情况差别越大同步开挖情况介于两者之间。

（4）加强对开挖尺面以及相邻的基坑进行控制。开挖顺序首选同步开挖，其次是先开挖支撑刚度大的基坑最后为先开挖支撑刚度小的基坑。

（5）后开挖基坑开挖时使先开挖基坑向后开挖基坑方向移动，水平支撑刚度较小基坑移动程度大于水平支撑刚度较大基坑。