软土地区深大基坑开挖对既有高架线路影响分析

成 巧

（南京南大岩土工程技术有限公司，江苏 南京 210000）

现阶段，对于此类因基坑开挖对周边环境造成的影响分析，常用也是最有效的方法是采用数值模拟分析。本文结合具体工程实例，采用修正摩尔-库伦模型，对软土地区深大基坑开挖对既有高架线路影响进行了分析预测。

1 工程概况

拟建项目位于江苏省东南部某市，该项目距离邻近高架线路结构外轮廓线约31 m，距离高架线路基础承台边约37 m。该项目设四层地下室，地下室基坑开挖面积约9 000 m2，基坑周长约380 m。基坑大面积挖深为16.80 m。

其中基坑开挖影响范围各土层分布情况简述如下：

（1） 层填土，人工填土，灰色、灰黄色，厚度为0.80～2.20 m，平均为1.28 m，填土层表层为新近1～2年回填，填土层下部为自然形成，填龄大于10年。

（2） 2层浜土，分布于暗浜区，含多量有机质及腐殖物，厚度为0.60～2.50 m。

（3） 层黏土，褐黄、灰黄色，上部呈可塑状态，下部呈软塑状态，厚度为0.30～2.20 m。

（4） 层淤泥质粉质黏土，灰色，呈流塑状态，厚度为3.70～7.70 m。

（5） 层粉质黏土，厚度为3.00～5.40 m，呈硬塑～可塑。

（6） 层粉土夹粉质黏土，厚度为7.70～12.20 m，稍密。

（7） 层粉质黏土，灰色，厚度为10.80～12.70 m，软塑～可塑。

（8） 1层粉质黏土，厚度为13.00～15.90 m，软塑～可塑状态。

（9） 2-1层粉质黏土夹粉土，厚度为7.00～9.90 m，可塑。

（10） 2-2层粉质黏土，厚度为7.60～12.70 m，可塑。

（11） 2-3层粉质黏土夹粉砂，厚度为2.70～6.30 m，可塑。

对基坑影响较大的地下水为潜水和微承压水。潜水稳定水位埋深一般在0.20～1.30 m之间，⑤层微承压水稳定水位埋深为2.85～2.97 m。

基坑支护设计采用Φ1 100@1 300灌注桩加三道钢筋混凝土支撑，灌注桩桩底埋深35.9 m。基坑外侧采用单排Φ850@600三轴水泥土搅拌桩止水，桩长25 m；内侧采用管井降水。

2 计算模型建立

2.1 基本规定

根据本工程的实际情况和特点，采用MIDAS GTS三维有限元分析，并作如下假定：

（1） 将土层简化为水平层状分布的弹塑性材料，本构模型采用修正摩尔-库伦模型。

（2） 模型的左右边界分别施加水平位移约束，底部施加水平和竖向位移约束，顶面自由。

（3） 地层模型根据岩土工程勘察报告由7层土简化合并为填土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉土夹粉质黏土、粉质黏土、1层粉质黏土和砂层组成。

（4） 根据工程经验和理论分析，所取土体范围长×宽×深为340 m×330 m×100 m。

2.2 计算参数（表1）

表1 土体参数表

2.3 网格划分

总体有限元网格和高架线路网格分别如图1和图2所示。整体模型共有64 735个单元，48 354个节点。

图1 模型网格总体划分图

图2 高架线路桩基网格划分图

3 计算结果及分析

为提高计算的效率，高架线路采用基础承台作为位移计算对象。如此考虑的计算结果也是偏于安全的。

3.1 高架线路水平位移计算结果

高架线路水平位移云图如图3所示。

图3 高架线路水平位移云图

基坑开挖至坑底时，轨道交通基础的最大位移为4.8 mm。产生最大位移的承台位于基坑中部，位移为4.8～3.8 mm，其余承台位移为0.9～3.5 mm。

3.2 高架线路竖向位移计算结果

高架线路竖向位移云图如图4所示。

图4 高架线路竖向位移云图

基坑开挖至坑底时，轨道交通基础的最大位移为3.4 mm。产生最大位移的承台位于基坑边天桥基础处，位移为3.4～1.0 mm，其余承台位移小于1 mm。

数值模拟计算结果显示，采用现有基坑支护设计方案，基坑开挖过程引起既有高架线路变形较小，基本不影响高架线路的正常运营。