超高层办公塔楼基坑开挖数值模拟图文.pdf

凯特大厦基坑开挖数值模拟凯特大厦基坑开挖数值模拟 midas GTS NX 编制：midas 廖井霞 日期：2014 年 11 月 23 日 一、工程概况一、工程概况 本工程由英皇（北京）房地产开发有限公司投资兴建，结构设计由香港奥亚纳工程顾问公司负责，受业主委托北京市地质工程勘察院承担该工程项目的建筑地基勘察工作。1.1 拟建场地位置：拟建场地位于北京市朝阳区建国门外大街永安里D段（建国门外大街南侧，建华南路东侧）。1.2 拟建建筑物的设计条件：依据建设单位提供的有关资料，本工程项目由120米高的甲级办公塔楼，地上五层综合商业裙房，地下一层商业与电影院和地下车库组成。项目场地南北宽70米，东西长122.3米，总用地面积：11615.138平方米，其中建设用地面积约为8200平方米，代征道路面积为2576.968平方米，代征绿地面积为829.870平方米。拟建设1栋高层楼体，容积率为7.2，地上建筑面积59143平方米，地下建筑面积32761平方米。本工程办公塔楼、综合商业楼及纯地下车库基础顶板标高相同，处于同一底板之上，高低层基础连为一体。1.3 周边环境概况：1.3.1 基坑周边建筑物：基坑东侧：紧邻宝钢大厦，主体结构距离基坑14.5m；距离宝钢大厦地下室内皮约5.5m，宝钢大厦地下室南北向宽度与本工程基本一致。宝钢大厦地下4层，地上20层，基础埋深17.75m。宝钢大厦支护形式：桩锚支护体系，3层锚杆，锚杆应侵入连续墙施工区域。基坑南侧：基坑边距场地围墙10m，围墙外紧邻永安西里，道路对面为卓明大厦（宜必思酒店），该建筑地上8层，地下三层，埋深约12m，距离基坑约35m。基坑西侧：紧邻建华南路，道路西侧为北京人民广播电台及广播大厦，广播大厦地上25层，地下3层，埋深约12m，距离基坑边缘约40米；广播电台距离基坑40m。场地北侧：紧邻建国门外大街，隔街为外交公寓，距离本工程较远。1.3.2 基坑周边管线：根据地下管线资料并经现场核实，基坑周边分布有电力、电信、热力、给水、燃气、雨污水等管线，基坑四周最深排污管线位于基坑南侧，排污管线埋置深度约为5m，距离基坑约17m，东南角污水最深约7m（位于角撑部位），最大埋深电缆线位于基坑北侧，为一砖结构电缆管道，埋置深度约5m，距离连续墙水平距离为15m。其余方向各管线的埋置深度均小于4m。此外，除管线资料图中载明的以外，基坑北侧存有一热力隧道，经现场实地勘察并查阅此部位热力隧道资料，该隧道为暗挖法施工，隧道中心距离基坑外皮为11.2m，隧道宽6m，高4.35m，隧道底部距地面为12.27m。具体布置如图1.1所示。图图1.1 1.1 凯特大厦基坑周边环境平面图凯特大厦基坑周边环境平面图 二、参数选择二、参数选择 根据现场钻探、原位测试及室内土工试验成果，按地层沉积年代、成因类型，将拟建场地地面以下80米深度范围内的地层划分为人工堆积层及一般第四纪沉积层。基坑支护形式包括地下连续墙，四道内支撑，围檩以及四层锚杆。地下管线在基坑开挖受到的影响在模拟的考究范围之内，另外基坑北侧隧道也是模拟开挖过程中需要考虑的。参数选取见下列表单。表表1.1 1.1 土层参数一览土层参数一览 本构选择 弹性模量(kN/m2)泊松比 容重(kN/m3)K0 黏聚力(kN/m2)摩擦(deg)堆土粉土 摩尔库伦 54600 0.331 17.8 0.58 11 14.1 砂质粉土 摩尔库伦 94180 0.301 20.1 0.39 7.67 20 圆砾 摩尔库伦 235060 0.273 20.8 0.3 0 45 重粉粘 摩尔库伦 165060 0.282 19.2 0.62 17.6 6.87 本构选择 弹性模量(kN/m2)泊松比 容重(kN/m3)K0 黏聚力(kN/m2)摩擦(deg)砾卵石 摩尔库伦 337370 0.262 21.1 0.3 0 50 粘质粉土 摩尔库伦 189820 0.27 19.5 0.41 13.96 17.84 卵石1 摩尔库伦 847250 0.258 21.3 0.3 12 52 粘砂粉土 摩尔库伦 750080 0.267 20.6 0.35 8.3 18.2 卵石2 摩尔库伦 4874800 0.259 21.4 0.3 8 48 表表1.2 1.2 内支撑尺寸一览表内支撑尺寸一览表 支撑系统 中心标高(m)围檩(mm)内支撑(mm)第一道支撑-2 1000800 800800 第二道支撑-10 1400900 1000900 第三道支撑-18 15001000 14001000 第四道支撑-25.5 15001000 14001000 表表1.3 1.3 锚杆尺寸一览表锚杆尺寸一览表 锚固段长(m)自由端长(m)中心标高(m)锚杆直径(m)锁定值(kN)第一道锚杆（A类）20 10-4.7 0.02 380 第二道锚杆（A类）21 8-8.7 0.02 380 第三道锚杆（A类）20 7-12.7 0.02 450 第四道锚杆（A类）22 5-16.7 0.02 480 第一道锚杆（B类）15 10-4.7 0.02 260 第二道锚杆（B类）22 8-8.7 0.02 450 第三道锚杆（B类）20 7-12.7 0.02 480 第四道锚杆（B类）22 5-16.7 0.02 480 表表1.4 1.4 管线尺寸一览表管线尺寸一览表 管线 北上水 管线 北污水 管线 北电力 管线 北电信 管线 北热力 管线 西上水 管线 1 西上水 管线 2 西燃气 管线 尺寸(mm)300 400 1224 4872 200 300 800 400 管线 西电力 管线 西电信 管线 南燃气 管线 南电信 管线 南污水 管线 南上水 管线 北侧隧道-尺寸(mm)1224 4872 400 4872 600 300 1500-表表1.5 1.5 管线管线、支护材料参数一览、支护材料参数一览 本构选择 弹性模量(kN/m2)泊松比 容重(kN/m3)钢材 弹性 210000000 0.3 78.5 锚杆 弹性 210000000 0.3 78.5 管线 弹性 200000000 0.3 24 基础 弹性 20000000 0.3 25 地下连续墙 弹性 20000000 0.3 25 三、模型建立三、模型建立 整个模型尺寸一般选择基坑开挖范围 35 倍，故根据工程实际尺寸确定，在 X 方向取413m，Y 方向取 205m，Z 方向取 100m，如图 3.1 所示。3.1 3.1 模型尺寸模型尺寸示意图示意图 由于基坑周围管线以及北侧隧道尺寸相对于模型尺寸偏小，模拟时采用植入式梁单元赋予其实际尺寸进行模拟，这样可以避免切割实体时产生不规则实体导致网格划分不合理。植入式梁单元在 GTS-NX 程序运行中可以自动搜索相近节点进行耦合以保证共同发生位移，单元尺寸取 1m，网格化分如图 3.23.8 所示。图图3.2 3.2 管线网格划分示意图管线网格划分示意图(1)(1)图图3.3 3.3 管 线管 线 建 筑 物建 筑 物 示 意 图示 意 图 图图3.4 3.4 管 线 网 格 局 部 放 大 示 意 图管 线 网 格 局 部 放 大 示 意 图 图图 3.5 3.5 基坑东侧土层剖面基坑东侧土层剖面 图图 3.6 3.6 基坑西侧土层剖面图基坑西侧土层剖面图 图图 3.7 3.7 基坑北侧土层剖面图基坑北侧土层剖面图 图图 3.8 3.8 基坑南侧土层剖面图基坑南侧土层剖面图 该模型地层基本按照地勘报告钻孔信息生成，地形曲面居多，切割实体细部较为不规则，为了划分质量较高的网格，并能更美观的体现各个地层的走势，网格尺寸定义未采用过渡网格播种，而是全部采用一个网格尺寸，划分方法采用 GTS-NX 程序中的混合网格生成器，使得实体网格多以六面体呈现，并混合有部分四面体以及五面体。各个部分的网格划分示意图如下图 3.93.13 所示。图图3.3.9 9 管道、基坑以及周围建筑物基础网格示意图管道、基坑以及周围建筑物基础网格示意图 图图 3.3.10 10 方案一方案一支护系统网格示意图支护系统网格示意图 图图 3.11 3.11 方案一支护系统网格示意图方案一支护系统网格示意图 另外，周围建筑物基础按照实际埋深建立二维板单元表示基础的底板、楼板以及侧墙，其尺寸均按照实际尺寸设定，并赋予混凝土属性。基坑东侧宝钢大厦为重点监测位置，基础埋深为 17.75m，共四层，南侧和西侧分别分布有三栋建筑物，基础埋深均为 12m，共四层，具体位置及网格划分如下图 3.12 所示：图图 3.3.1212 基坑周围建筑物基础网格示意图基坑周围建筑物基础网格示意图 图图 3.3.1313 地层网格示意图地层网格示意图 边界以及荷载的施加如下。自重通过程序里荷载-自重施加；地面支承部分分别在模型的 X 方向约束 X 线位移，模型 Y 方向约束 Y 线位移，模型底部将 X、Y、Z 三个方向的线位移进行约束；荷载包括植入式梁约束、锚杆预应力、覆土荷载和上部建筑物荷载，其中植入式梁是用来模拟所有地下管线的，程序中将管线绕着纵向的转动进行约束；锚杆预应力施加在锚杆自由段；覆土荷载取 20kN/m；上部建筑物中，由于宝钢大厦楼层较高，将其对地面的压力定为 50kN/m，其余建筑物对地面的压力为 35kN/m。具体施加如下图 3.143.16 所示：图图 3.3.1414 边界以及荷载施加示意图边界以及荷载施加示意图 图图 3.3.1515 管线的旋转约束的施加管线的旋转约束的施加 图图 3.3.1616 锚杆预应力施加锚杆预应力施加 施工阶段设置按照实际工况要求，分为以下几个步骤，见表 3.1 所示：表表 3.1 3.1 施工工况说明施工工况说明 施工阶段 工况说明 备注 工况一 土层、基础、管线、地面支承、自重、管线约束、地面超载、建筑物荷载 位移清零 工况二 施作地下连续墙 位移清零 工况三 进行第一次和第二次开挖 0.2 工况四 第一层围檩、内支撑，第一层第二层锚杆，激活相应锚杆预应力 0.8 工况五 进行第三次开挖 0.2 工况六 第二层围檩、内支撑，第三层第四层锚杆，激活相应锚杆预应力 0.8 工况七 进行第四次开挖 0.2 工况八 第三层围檩、内支撑 0.8 工况九 进行第五次开挖 0.2 工况十 第四层围檩、内支撑 0.8 其中，第一步初始阶段勾选位移清零以使得第一阶段位移初始化。开挖土层阶段和施作支护系统设置荷载释放系数，开挖阶段释放 0.2 的应力，支护阶段释放 0.8 的应力。具体设置如下图 3.17 和 3.18 所示。图图 3.13.17 7 施工阶段设置示意图施工阶段设置示意图 图图 3.13.18 8 荷载释放系数设置示意图荷载释放系数设置示意图 四、四、结果分析及对比结果分析及对比 基坑开挖坑底隆起以及基坑周围沉降是监测以及分析的重点，图中标志点为基坑底部以及基坑边距离越来越远的等值线值。下列图示 4.1 为各个施工阶段下总位移云图。图中可以看出最大位移始终出现在坑底隆起处，开挖以及支护完成之后，坑底累计隆起量为 8.39mm。图图 4.14.1-1 1 工况一、二基坑总位移（俯视图）工况一、二基坑总位移（俯视图）图图 4.14.1-2 2 工况三基坑总位移（俯视图）工况三基坑总位移（俯视图）图图 4.14.1-3 3 工况四基坑总位移（俯视图）工况四基坑总位移（俯视图）图图 4.14.1-4 4 工况五基坑总位移（俯视图）工况五基坑总位移（俯视图）图图 4.14.1-5 5 工工况六基坑总位移（俯视图）况六基坑总位移（俯视图）图图 4.14.1-6 6 工况七基坑总位移（俯视图）工况七基坑总位移（俯视图）图图 4.14.1-7 7 工况八基坑总位移（俯视图）工况八基坑总位移（俯视图）图图 4.14.1-8 8 工况九基坑总位移（俯视图）工况九基坑总位移（俯视图）图图 4.14.1-9 9 工况十基坑总位移（俯视图）工况十基坑总位移（俯视图）通过实际监测值得到地表沉降为-0.3mm+0.3mm 范围，GTS-NX 得到地表位移也控制在0.1mm 级别，与实际监测值吻合。为了更形象体现基坑隆起以及其他部位的位移，在后处理结果显示剖出一个断面进行位移云图的显示，如图 4.2 所示为基坑开挖施工阶段中总的位移云图，其中标志了坑底隆起的最大位移，另外通过程序后处理中的线上图功能显示一条从基坑边缘到模型边线处地面位移的渐变情况。图图 4.24.2-1 1 工况一、二基坑总位移（断面图）工况一、二基坑总位移（断面图）图图 4.24.2-2 2 工况三基坑总位移（断面图）工况三基坑总位移（断面图）图图 4.24.2-3 3 工况四基坑总位移（断面图）工况四基坑总位移（断面图）图图 4.24.2-4 4 工况五基坑总位移（断面图）工况五基坑总位移（断面图）图图 4.24.2-5 5 工况六基坑总位移（断面图）工况六基坑总位移（断面图）图图 4.24.2-6 6 工况七基坑总位移（断面图）工况七基坑总位移（断面图）图图 4.24.2-7 7 工况八基坑总位移（断面图）工况八基坑总位移（断面图）图图 4.24.2-8 8 工况九基坑总位移（断面图）工况九基坑总位移（断面图）图图 4.24.2-9 9 工况十基坑总位移（断面图）工况十基坑总位移（断面图）图图 4 4.2.2-1010 方案一坑底隆起线上图，最大隆起位置（方案一坑底隆起线上图，最大隆起位置（201.111053,113.868011,201.111053,113.868011,-3131）图图 4.24.2-1111 方案二坑底隆起线上图，最大隆起位置（方案二坑底隆起线上图，最大隆起位置（201.111053,113.868011,201.111053,113.868011,-3131）以上图示为方案一支护系统作用下位移的变化情况，方案二位移云图在此不加赘述。下表 4.1 为两种施工方案基坑底部隆起位移对比，其中，第一种方案设计为首层支护与第二层支护为锚杆和东侧内支撑配合作用，第三层，第四层采用满堂布撑的方式；第二种方案设计为全部四层内撑均满堂布撑形式，不采用锚杆加固。由表中结果可以看出，两方案支护结构的不同对基坑底部的隆起影响微小，两种方案坑底的最大隆起位置相同位于坐标（201.111053,113.868011,201.111053,113.868011,-3131）处，）处，方案二的基坑隆起较方案一稍小。表表 4.1 4.1 两种方案坑底隆起值对比（单位：两种方案坑底隆起值对比（单位：m m）施工阶段 方案一 方案二 初始应力:INCR=1(LOAD=1.000)0.000000E+00 0.000000E+00 地下连续墙:INCR=1(LOAD=1.000)0.000000E+00 0.000000E+00 前两次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)6.797723E-04 6.797723E-04 第一次支护:INCR=1(LOAD=1.000)3.455119E-03 3.449063E-03 第三次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)3.487645E-03 3.482516E-03 第二次支护:INCR=1(LOAD=1.000)5.749189E-03 5.725526E-03 第四次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)5.374670E-03 5.352737E-03 第三次支护:INCR=1(LOAD=1.000)7.397200E-03 7.378122E-03 第五次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)6.919837E-03 6.901677E-03 第四次支护:INCR=1(LOAD=1.000)8.385352E-03 8.368607E-03 地下连续墙的侧移也是基坑开挖需要重点分析的内容，下图 4.3 所示为开挖及支护过程中，地下连续墙的侧向位移。图中三条线上图分别标注长跨边控制点在沿着深度方向的侧移曲线。图 4.3 中可以看出，随着基坑的开挖，侧移量逐渐增大，侧移值均控制在 1mm 以内，这个侧移量是在规范以及安全范围之内的，同时，随着开挖深度的增加，侧移最大值的位置有墙顶逐渐下移，最终开挖完成后最大出现在距离墙底 1/3 处左右，这与实际情况相符合。图图4.34.3-1 1 工况一、二地下连续墙侧移云图工况一、二地下连续墙侧移云图 图图4.34.3-2 2 工况三地下连续墙侧移云图工况三地下连续墙侧移云图 图图4.34.3-3 3 工况四地下连续墙侧移云图工况四地下连续墙侧移云图 图图4.34.3-4 4 工况五地下连续墙侧移云图工况五地下连续墙侧移云图 图图4.34.3-5 5 工况六地下连续墙侧移云图工况六地下连续墙侧移云图 图图4.34.3-6 6 工况七地下连续墙侧移云图工况七地下连续墙侧移云图 图图4.34.3-7 7 工况八地下连续墙侧移云图工况八地下连续墙侧移云图 图图4.34.3-8 8 工况九地下连续墙侧移云图工况九地下连续墙侧移云图 图图4.34.3-9 9 工况十地下连续墙侧移云图工况十地下连续墙侧移云图 下图4.4为地下连续墙在施工开挖以及支护过程中的竖向沉降值，同样标注长跨三个监测点随着深度的增加，地下连续墙竖向位移的变化规律。图图4.44.4-1 1 工况一、二地下连续墙竖向位移云图工况一、二地下连续墙竖向位移云图 图图 4.44.4-2 2 工况三地下连续墙竖向位移云图工况三地下连续墙竖向位移云图 图图 4.44.4-3 3 工况四地下连续墙竖向位移云图工况四地下连续墙竖向位移云图 图图 4.44.4-4 4 工况五地下连续墙竖向位移云图工况五地下连续墙竖向位移云图 图图 4.44.4-5 5 工况六地下连续墙竖向位移云图工况六地下连续墙竖向位移云图 图图 4.44.4-6 6 工况七地下连续墙竖向位移云图工况七地下连续墙竖向位移云图 图图 4.44.4-7 7 工况八地下连续墙竖向位移云图工况八地下连续墙竖向位移云图 图图 4.44.4-8 8 工况九地下连续墙竖向位移云图工况九地下连续墙竖向位移云图 图图 4.44.4-9 9 工况十地下连续墙竖向位移云图工况十地下连续墙竖向位移云图 以上图示为方案一支护系统作用下地下连续墙位移的变化情况，方案二位移云图在此不加赘述。下表 4.2 为两种施工方案地下连续墙沉降位移对比。由表中结果可以看出，基坑在开挖过程中，地下连续墙的沉降是逐渐增大的，并且方案二的沉降较方案一稍小。从表中可以看出，模拟值与实际监测结果较为吻合。表表 4.2 4.2 两种方案地下连续墙竖向位移对比（单位两种方案地下连续墙竖向位移对比（单位:m:m）施工阶段 方案一 方案二 实际监测值 初始应力:INCR=1(LOAD=1.000)-0.0 地下连续墙:INCR=1(LOAD=1.000)0.000000E+00 0.000000E+00 0.5E-03 前两次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)3.263835E-04 3.263835E-04 1.6E-03 第一次支护:INCR=1(LOAD=1.000)1.627323E-03 1.609155E-03 1.5E-03 第三次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)1.838647E-03 1.822214E-03 2E-03 第二次支护:INCR=1(LOAD=1.000)2.794412E-03 2.732704E-03 2.9E-03 第四次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)2.967612E-03 2.910836E-03 3.6E-03 第三次支护:INCR=1(LOAD=1.000)3.751397E-03 3.707960E-03 3.7E-03 第五次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)3.887947E-03 3.852609E-03 4.1E-03 第四次支护:INCR=1(LOAD=1.000)4.445618E-03 4.412656E-03 4.2E-03 凯特大厦基坑周围管线是开挖过程重点监测的部分，地下管线分布比较复杂，基坑北侧南侧西侧均有分布各种热力电力管线，基坑北侧还有两条隧道，基坑施工需要监测开挖对既有隧道管线的影响，图 4.5 为每个施工阶段管线沉降位移云图，图中标注了每个施工阶段管线位移的最大值和最小值。图图 4.54.5-1 1 工况一、二管线沉降云图工况一、二管线沉降云图 图图 4.54.5-2 2 工况三管线沉降云图工况三管线沉降云图 图图 4.54.5-3 3 工况四管线沉降云图工况四管线沉降云图 图图 4.54.5-4 4 工况五管线沉降云图工况五管线沉降云图 图图 4.54.5-5 5 工况六管线沉降云图工况六管线沉降云图 图图 4.54.5-6 6 工况七管线沉降云图工况七管线沉降云图 图图 4.54.5-7 7 工况八管线沉降云图工况八管线沉降云图 图图 4.54.5-8 8 工况九管线沉降云图工况九管线沉降云图 图图 4.54.5-9 9 工况十管线沉降云图工况十管线沉降云图 以上图示为方案一支护系统作用下周围地下管线位移的变化情况，方案二位移云图在此不加赘述。下表 4.3 为两种施工方案管线位移值对比。由表中结果可以看出，基坑在开挖过程中，管线位移是逐渐增大的，其影响的范围是随着与基坑的距离增大而减小，另外，方案二的沉降较方案一稍小。将模拟值与实际值比较发现模拟值偏小，这与用植入式梁模拟单元有关，模拟单元比实际管道的刚度大，并且在计算时约束了管线的约束导致基坑开挖过程中管线的位移偏小。表表 4.3 4.3 两种方案地下管线及隧道位移值对比（单位两种方案地下管线及隧道位移值对比（单位:m:m）施工阶段 方案一 方案二 实际监测值 初始应力:INCR=1(LOAD=1.000)0.000000E+00 0.000000E+00 0.4E-03 地下连续墙:INCR=1(LOAD=1.000)0.000000E+00 0.000000E+00 0.9E-03 前两次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)2.818458E-04 2.818458E-04 1.4E-03 第一次支护:INCR=1(LOAD=1.000)1.428618E-03 1.402544E-03 1.4E-03 第三次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)1.573407E-03 1.542754E-03 2.5E-03 第二次支护:INCR=1(LOAD=1.000)2.171059E-03 2.024686E-03 2.6E-03 第四次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)2.262237E-03 2.153829E-03 3.7E-03 第三次支护:INCR=1(LOAD=1.000)2.665514E-03 2.607980E-03 4.8E-03 第五次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)2.725637E-03 2.668669E-03 4.9E-03 第四次支护:INCR=1(LOAD=1.000)2.916380E-03 2.862649E-03 5.9E-03 周围建筑物的复杂性也是该基坑工程的特点之一，模拟过程中考虑了基坑四周的重要建筑物的基础沉降，此处重点监测基坑东侧宝钢大厦基础角点沉降差。图 4.6 为施工阶段内宝钢大厦基础沉降的位移云图，图中标注为基础四个角点的沉降值。图图 4.64.6-1 1 工况一、二基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图工况一、二基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图 图图 4.64.6-2 2 工况三基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图工况三基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图 图图 4.64.6-3 3 工况四基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图工况四基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图 图图 4.64.6-4 4 工况五基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图工况五基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图 图图 4.64.6-5 5 工况六基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图工况六基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图 图图 4.64.6-6 6 工况七基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图工况七基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图 图图 4.64.6-7 7 工况八工况八基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图 图图 4.64.6-8 8 工况九基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图工况九基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图 图图 4.64.6-9 9 工况十基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图工况十基坑东侧宝钢大厦基础沉降云图 由上图沉降差可以看出，宝钢大厦的基础沉降差在 1.5mm 左右，这个沉降差是在规范规定安全范围之内的。实际监测基础沉降从开挖开始的 1mm 逐渐增大到开挖结束后累计沉降达到 8mm 左右，模拟值最终累计沉降为 2.14mm，明显小于监测值，产生这样差距的原因包括下面几点，模型采用箱型基础模拟，整体刚度偏大，并且侧墙、楼板、底板尺寸取值偏大，上部结构荷载取值是按照文献建议值取得，与实际结构物有所差距。这个问题可以通过Midas-Gen 建立上部建筑物真实情况，再导入 GTS 得到建筑物网格来解决。锚杆和支撑的内力是模拟过程的又一重点，图 4.7 所示为从第一次支护开始每个施工阶段对应的锚杆轴力图，图中可以看出最大轴力始终保持在 400kN-500kN 左右。这与实际监测值偏差较大，实际监测值锚索轴力在 200kN 左右。偏差较大的关键因素在与，模拟时未考虑基坑内部立柱的影响，立柱在竖向增加了整个支护结构的整体刚度，从而使得土体位移不至过大，因此实际监测结果较小，但是锚杆设计轴力在 260kN 到 500kN 不等，实际受力只达到200kN 左右，故锚杆利用率不足。图图 4.74.7-1 1 工况四锚杆轴力图工况四锚杆轴力图 图图 4.74.7-2 2 工况五锚杆轴力图工况五锚杆轴力图 图图 4.74.7-3 3 工况六锚杆轴力图工况六锚杆轴力图 图图 4.74.7-4 4 工况七锚杆轴力图工况七锚杆轴力图 图图 4.74.7-5 5 工况八锚杆轴力图工况八锚杆轴力图 图图 4.74.7-6 6 工况九锚杆轴力图工况九锚杆轴力图 图图 4.74.7-7 7 工况十锚杆轴力图工况十锚杆轴力图 下表 4.4 是内支撑在两种支护方案作用下各个工况的轴力比较，方案一是锚杆内撑配合支护，方案二没有锚杆，采取满堂布撑，可以看出，在施工开挖及支护的过程中，方案二内撑的轴力要比方案一受到的轴力大，说明锚杆锁定土体的效果比较明显，土体内部一定范围内被加固，基坑边缘地下连续墙以及围檩等部件的位移和应力就会偏小，因此锚杆的施作是必要和必需的。由图中轴力云图可以看出，在换撑部位以及角撑的位置容易出现应力集中，内撑受到的压力偏大，故在实际施工过程中需要格外加强对角撑处的支护作用，例如施作混凝土角撑等，确保施工安全。实际监测值最大在 800kN 左右，模拟值在开挖初的最大 278kN逐渐增大到开挖完成后的最大值 690kN，基本吻合。施工阶段 方案一地连墙地表 X 方向位移 方案二地连墙地表 X 方向位移 第一次 工况五 施工阶段 方案一内撑轴力 方案二内撑轴力 工况六 工况七 施工阶段 方案一内撑轴力 方案二内撑轴力 工况八 工况九 施工阶段 方案一内撑轴力 方案二内撑轴力 工况十 施工阶段 方案一内撑轴力 方案二内撑轴力 第一次 工况五 施工阶段 方案一内撑轴力 方案二内撑轴力 工况六 工况七 施工阶段 方案一内撑轴力 方案二内撑轴力 工况八 工况九 施工阶段 方案一内撑轴力 方案二内撑轴力 工况十 下表 4.5-4.8 是两种支护方案地连墙地表水平位移和竖直位移的比较，方案一是锚杆内撑配合支护，方案二没有锚杆，采取满堂布撑，可以看出，在施工开挖及支护的过程中，方案二地连墙地表面水平方向的位移较方案一要小，方案二地连墙地表竖向位移较方案一相比也稍微小一点，因此，从控制变形的角度来讲，方案二较方案一更优。表表 4.5 4.5 两种支护方案地连墙两种支护方案地连墙地表面地表面的水平和竖向位移云图对比的水平和竖向位移云图对比 施工阶段 方案一地连墙地表 X 方向位移 方案二地连墙地表 X 方向位移 第一次 开挖 第一次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 X 方向位移 方案二地连墙地表 X 方向位移 第二次 开挖 第二次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 X 方向位移 方案二地连墙地表 X 方向位移 第三次 开挖 第三次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 X 方向位移 方案二地连墙地表 X 方向位移 第四次 开挖 第四次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 Y 方向位移 方案二地连墙地表 Y 方向位移 第一次 开挖 第一次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 Y 方向位移 方案二地连墙地表 Y 方向位移 第二次 开挖 第二次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 Y 方向位移 方案二地连墙地表 Y 方向位移 第三次 开挖 第三次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 Y 方向位移 方案二地连墙地表 Y 方向位移 第四次 开挖 第四次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表竖直方向位移 方案二地连墙地表竖直方向位移 第一次 开挖 第一次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表竖直方向位移 方案一地连墙地表竖直方向位移 第二次 开挖 第二次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表竖直方向位移 方案一地连墙地表竖直方向位移 第三次 开挖 第三次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表竖直方向位移 方案一地连墙地表竖直方向位移 第四次 开挖 第四次 支护 表表 4.6 4.6 两种方案地连墙地表两种方案地连墙地表 X X 方向位移对比（单位方向位移对比（单位:m:m）施工阶段 方案一 方案二 初始应力:INCR=1(LOAD=1.000)0.000000E+00 0.000000E+00 地下连续墙:INCR=1(LOAD=1.000)0.000000E+00 0.000000E+00 前两次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)2.33152E-04 2.33152E-04 第一次支护:INCR=1(LOAD=1.000)1.11491E-03 9.71339E-04 第三次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)1.10503E-03 9.59353E-04 第二次支护:INCR=1(LOAD=1.000)1.09291E-03 9.28771E-04 第四次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)1.08792E-03 9.23720E-04 第三次支护:INCR=1(LOAD=1.000)1.08151E-03 9.25721E-04 第五次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)1.07768E-03 9.22927E-04 第四次支护:INCR=1(LOAD=1.000)1.07111E-03 9.25138E-04 表表 4.7 4.7 两种方案地连墙地表两种方案地连墙地表 Y Y 方向位移对比（单位方向位移对比（单位:m:m）施工阶段 方案一 方案二 初始应力:INCR=1(LOAD=1.000)0.000000E+00 0.000000E+00 地下连续墙:INCR=1(LOAD=1.000)0.000000E+00 0.000000E+00 前两次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)2.85611E-04 2.85611E-04 第一次支护:INCR=1(LOAD=1.000)7.08590E-03 2.62501E-03 第三次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)6.82177E-03 2.61899E-03 第二次支护:INCR=1(LOAD=1.000)7.09343E-03 2.55069E-03 第四次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)7.20185E-03 2.54872E-03 第三次支护:INCR=1(LOAD=1.000)6.94882E-03 2.53874E-03 第五次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)6.80951E-03 2.54435E-03 第四次支护:INCR=1(LOAD=1.000)8.14377E-03 2.56284E-03 表表 4.8 4.8 两种方案地连墙地表竖直方向位移对比（单位两种方案地连墙地表竖直方向位移对比（单位:m:m）施工阶段 方案一 方案二 实际监测值 初始应力:INCR=1(LOAD=1.000)-0.0 地下连续墙:INCR=1(LOAD=1.000)0.000000E+00 0.000000E+00 0.5E-03 前两次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)3.263835E-04 3.263835E-04 1.6E-03 第一次支护:INCR=1(LOAD=1.000)1.627323E-03 1.609155E-03 1.5E-03 第三次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)1.838647E-03 1.822214E-03 2E-03 第二次支护:INCR=1(LOAD=1.000)2.794412E-03 2.732704E-03 2.9E-03 第四次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)2.967612E-03 2.910836E-03 3.6E-03 第三次支护:INCR=1(LOAD=1.000)3.751397E-03 3.707960E-03 3.7E-03 第五次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)3.887947E-03 3.852609E-03 4.1E-03 第四次支护:INCR=1(LOAD=1.000)4.445618E-03 4.412656E-03 4.2E-03 下表 4.9-4.11 是两种支护方案坑周土体水平方向的位移的比较，方案一是锚杆内撑配合支护，方案二没有锚杆，采取满堂布撑，可以看出，在施工开挖及支护的过程中，方案二坑周土体 X 方向的位移较方案一要小，方案二坑周土体 Y 方向的位移较方案一要小，由于东侧宝钢大厦结构比较重要，因此要尽量控制 X 方向位移，从这个角度看，方案二比方案一优。施工阶段 方案一地连墙地表 X 方向位移 方案二地连墙地表 X 方向位移 第一次 开挖 第一次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 X 方向位移 方案二地连墙地表 X 方向位移 第二次 开挖 第二次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 X 方向位移 方案二地连墙地表 X 方向位移 第三次 开挖 第三次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 X 方向位移 方案二地连墙地表 X 方向位移 第四次 开挖 第四次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 Y 方向位移 方案二地连墙地表 Y 方向位移 第一次 开挖 第一次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 Y 方向位移 方案二地连墙地表 Y 方向位移 第二次 开挖 第二次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 Y 方向位移 方案二地连墙地表 Y 方向位移 第三次 开挖 第三次 支护 施工阶段 方案一地连墙地表 Y 方向位移 方案二地连墙地表 Y 方向位移 第四次 开挖 第四次 支护 表表 4.10 4.10 两种方案坑周土体两种方案坑周土体 X X 方向位移对比（单位方向位移对比（单位:m:m）施工阶段 方案一 方案二 初始应力:INCR=1(LOAD=1.000)0.000000E+00 0.000000E+00 地下连续墙:INCR=1(LOAD=1.000)0.000000E+00 0.000000E+00 前两次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)3.56358E-04 3.56358E-04 第一次支护:INCR=1(LOAD=1.000)1.11491E-03 9.71339E-04 第三次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)1.10503E-03 9.59353E-04 第二次支护:INCR=1(LOAD=1.000)1.09291E-03 9.28771E-04 第四次开挖:INCR=1(LOAD=1.000)1.08792E-03 9.23740E-04 第三次支护:INCR=1(LOAD