基坑围护结构变形及其对临近道路沉降的影响分析

2021-09-13鱼安卿

西部交通科技 2021年6期

鱼安卿

(广西南玉铁路有限公司，广西南宁 530022)

0 引言

基坑开挖会引起土体卸荷，进而发生变形。尤其在临近道路旁进行基坑开挖会对临近道路产生不良影响。近年来，国内学者对此进行了一些研究：高伟、张尚根等[1-2]以某地区某条道路临近基坑开挖和降水为研究对象，采用有限元模拟的方法，重点分析了基坑开挖深度、基坑与道路间距对道路结构沉降的影响；曹孝华、柳林齐等[3-4]基于渗流理论和有效应力原理，采用大型有限元软件进行建模分析，重点分析了基坑开挖对地表沉降和坑底隆起的影响，研究结果可为类似工程提供参考和借鉴；曾谊辉、樊金山等[5-6]采用大型有限元软件ANAYS，模拟分析了基坑开挖对道路的影响，并提出了相关的优化建议；陆健、杨东发等[7-8]以某地区基坑开挖为研究对象，重点分析了基坑开挖对地表变形的影响，并根据工程实际提出了相应的措施。本文主要以某地区基坑开挖为研究对象，分析了基坑开挖对坑底隆起的影响，并重点研究了基坑开挖中支护结构的变形以及基坑开挖对临近路面沉降的影响，研究结果可为类似工程设计和施工提供参考和借鉴。

1 工程概况

某房建项目地下有两层，设计开挖基坑长和宽分别为65 m和50 m，基坑西侧和南侧分别有一条与之平行的混凝土路面和沥青路面，分别宽8 m和11 m。基坑最大设计深度为10.8 m，场地范围内从上至下主要有填土、粉质黏土a、粉质黏土b、粉质黏土c和砂砾层。本工程为明挖施工，基坑采用旋挖桩和内支撑的支护结构。基坑边缘距混凝土路面水平距离为8.0 m，距沥青路面水平距离为8.0 m。旋挖桩长22 m，直径为1.2 m，桩顶设置冠梁，坑内共两道支撑来支撑混凝土，尺寸为450 mm×450 mm。图1所示为基坑围护结构示意图及监测点布置图。

(a)立面

(b)平面

2 数值建模

如图2所示，采用大型有限元软件ABAQUS进行建模分析。基坑长和宽分别为65 m和50 m，基坑西侧和南侧分别有一条与之平行的混凝土路面和沥青路面，分别宽8 m和11 m。模型建立的长宽高分别为150 m、120 m和30 m。基坑最大设计深度为10.8 m，场地范围内从上至下主要有填土、粉质黏土a、粉质黏土b、粉质黏土c和砂砾层，从上至下厚度依次为4.0 m、5.6 m、6.4 m、4.8 m和9.7 m。除模型上边界外，其他边界均进行位移和边界约束。本文采用摩尔-库伦作为本构模型。表1为土体的物理力学参数，表2为道路面层和基层及地下连续墙的力学参数，表3为支撑、连续墙和立柱的物理力学参数。

(a)整体模型

(b)基坑支护

表1 土体的物理力学参数表

表2 道路面层和基层的物理力学参数表

表3 支撑、连续墙和立柱的物理力学参数表

3 数值结果分析

3.1 基坑底部隆起影响分析

图3所示为基坑底部现场实测值和数值模拟值对比图。由图3可知，监测点6、7、8、9、10对应的数值模拟值分别为12.2mm、25.4mm、29.2mm、24.9mm、12.0mm，相应的现场监测值分别为10.5mm、22.6mm、26.8mm、21.1mm、10.9mm。相比现场监测值，监测点6～10的数值模拟值要大8%～15%。由于工程建设过程的复杂性，这种误差被认为是合理的。

图3 基坑底部现场实测和数值模拟值对比柱状图

3.2 基坑开挖过程中围护结构变形影响分析

图4所示为初次开挖围护桩结构现场实测值和数值模拟值水平位移对比图。由图4可知，现场监测和数值模拟得到的水平位移曲线规律相同，均是桩顶水平位移最大，往下逐渐减小。其中现场监测和数值模拟得到最大水平位移分别为3.21mm和3.62mm，二者相差11.3%。图5所示为第二次开挖围护桩结构现场实测和数值模拟值水平位移对比图。由图5可知，现场监测和数值模拟得到的水平位移曲线规律相同，均是先增大后逐渐减小，在-3m深度处水平位移最大。其中，现场监测和数值模拟得到最大水平位移分别为5.58mm和6.87mm，二者相差18.8%。图6所示为第三次开挖围护桩结构现场实测和数值模拟值水平位移对比图。由图6可知，现场监测和数值模拟得到的水平位移曲线规律相同，均是先增大后逐渐减小，在-6m深度处水平位移最大。其中，现场监测和数值模拟得到最大水平位移分别为11.92mm和13.88mm，二者相差14.1%。

综上可知，数值模拟值比现场监测值略大，但相差不超过20%，认为是合理的。同时，数值模拟也可以较好地反映整个围护结构在施工中的水平位移变化规律。

图4 初次开挖围护结构现场实测值和数值模拟值对比曲线图

图5 第二次开挖围护结构现场实测值和

图6 第三次开挖围护结构现场实测值和数值模拟值对比曲线图

3.3 基坑开挖对临近路面沉降影响分析

图7所示为混凝土路面沉降现场实测值和数值模拟值对比图。由图7可知，监测点1、2、3、4、5、6对应的数值模拟值分别为1.26mm、0.72mm、1.33mm、0.78mm、0.51mm、0.83mm，而相应的现场监测值分别为2.43mm、1.35mm、2.30mm、1.71mm、1.11mm、1.92mm。监测点1～6的现场实测值和数值模拟值差别在42%～56%范围内。

图7 混凝土路面沉降现场实测值和数值模拟值对比曲线图

图8所示为沥青路面沉降现场实测值和数值模拟值对比图。由图8可知，监测点7、8、9、10、11、12、13、14、15对应的数值模拟值分别为3.39mm、4.87mm、3.26mm、1.08mm、3.34mm、1.02mm、0.91mm、2.10mm、0.99mm，而相应的现场监测值分别为6.35mm、8.81mm、6.13mm、4.36mm、7.74mm、4.14mm、2.85mm、4.19mm、2.39mm。监测点7～15的现场实测值和数值模拟值差别在46%～75%范围内。

由上述可知，基坑开挖对沥青路面的影响较大，且现场监测和数值模拟得到的混凝土路面和沥青路面沉降值结果偏差较大，这与模拟过程中未考虑路基、路面和地层之间接触面摩擦有关。同时基坑开挖也是一个极为复杂的非线性变化过程，模拟过程中很难精确考虑。但是，从这些变化规律可知，本文模拟得到的规律与实际是相吻合的，这在一定程度上可以为工程提供参考。