杭州十三中深基坑支护设计、数值模拟与监测分析.pdf

吴文超:杭州十三中深基坑支护设计、数值模拟与监测分析地基与基础DIJIY U JIC H U 工程与建设 年第 卷第期 收稿日期:;修改日期:作者简介:吴文超(),男,浙江杭州人,工程师杭州十三中深基坑支护设计、数值模拟与监测分析吴文超(浙江工程建设管理有限公司,浙江 杭州 )摘要:以杭州市十三中教育集团(总校)改扩建项目基坑工程为研究对象,对基坑围护结构进行分段设计,并采用数值模拟和现场监测手段,对基坑围护结构、周边建筑物变形以及地表沉降进行研究.结果表明,两层地下室区域采用 mm mm钻孔灌注桩加两道内支撑;一层地下室区域采用 mm mm、mm mm、mm mm钻孔灌注桩加一道内支撑;一、二层地下室交界处采用 mm mm钻孔灌注桩,mm三轴搅拌桩帷幕,mm双重管高压旋喷桩;尽管最右边边线的基坑开挖深度比最左边边线的基坑开挖深度大,但由于其基坑围护结构直径更大,刚度增加,起到了良好的围护结构变形控制效果;基坑围护水平位移、地表沉降实测值与模拟值均具有良好的一致性,水平位移曲线呈现较好的单峰曲线,地表沉降呈现较好的“凹”字形.关键词:杭州十三中学;深基坑支护;基坑设计;有限元模拟;基坑监测中图分类号:TU 文献标志码:A文章编号:()杭州十三中深基坑支护设计杭州市十三中教育集团(总校)改扩建项目位于杭州市西湖区翠苑街道.规划用地 亩(亩 m),在校生规模 个班,总建筑面积为 m,新建地下建筑面积为 m.新建建筑由幢层框架结构教学楼、幢层框架结构综合实践楼组成,工程类别为多层民用建筑,基本柱网为 m m,最大柱底荷载约 k N.室外篮球场区域设一层地下室,其他开挖区域设两层地下室.杭州十三中深基坑支护数值模拟 杭州十三中深基坑支护数值模型建立该基坑开挖形状不规则,周边建筑物和构筑物众多,且距离建筑物很近.主 要 从两 个方 面 进行 分析,即根 据项 目实际情况,模拟开挖过程基坑周围土体和建筑物沉降特性;根据项目实际情况,模 拟开 挖 过程 基坑 围 护结 构变 形及 稳定性特性,.场 地 地 貌 单 位 为 冲 海 积 平 原,开 挖 范 围 内主要 有层,见 表.计 算 时,杂 填 土 的 压 缩 模 量 为 MP a,粉质黏 土 的 压 缩 模 量 为 MP a,淤 泥 的 压缩 模 量 为 MP a,淤 泥 质 粉 质 黏 土 的 压 缩 模 量 为 MP a.本次分析采用P l a x i s D程序进行模拟,土体采用硬化土小应变模型,结构采用弹性模型.本基坑有限元模型的尺寸:长为 m,宽为 m,深度为 m.模型整体还原实际基坑及周围环境情况,尤其包括周围的幢建筑物,模型总体情况如图所示.表场地土层性质计算参数层号层名重度/(k N/m)固快(标准值)三轴(UU)快剪(标准值)室内渗透系数c/k P a/()c/k P a/()c/k P a/()Kh/(c m/s)Kv/(c m/s)杂填土 数量级 数量级粉质黏土 淤泥 淤泥质粉质黏土 数量级 数量级建筑物及基础形式为灌注桩依据常规方法,采用桩土共同体进行模拟,.围护结构采用钻孔灌注桩,将其等效成地下连续墙,其等效计算如公式()所示,.(Dt)h D()式中:D为桩的直径;t为两桩的间距;h为等效厚度.经过 计 算,mm mm的 灌 注 桩 等 效 厚 度 为 m,mm mm的灌注桩等效厚度为 m.用梁单元模拟支撑和腰梁等结构,.采用真实的矩形形状计算.对于Z C,尺寸为W m,H m,对于Z C,尺寸为W地基与基础DIJIY U JIC H U吴文超:杭州十三中深基坑支护设计、数值模拟与监测分析 工程与建设 年第 卷第期图项目基坑整体模型 m,H m,弹性模量E k N/m.本计算模型被划分为 个单元.根据实际施工情况将施工顺序分为个工况,即工况为生成基坑周围建筑基础并施加结构荷载,每层施加 k P a;工况为施工围挡结构和钻孔灌注桩;工况为基坑开挖至 m;工况为施加第道支撑;工况为一层地下室开挖至 m,二层地下室开挖至 m;工况为二层地下室基坑施加第道支撑;工况为二层地下室基坑开挖至 m.杭州十三中深基坑支护数值模拟结果分析图为工况结束后,基坑围护结构变形、基坑周围建筑基础位移和基坑周围地表位移云图.图基坑围护结构变形、基坑周围建筑基础位移和基坑周围地表位移云图从图(a)、图(b)和(d)可以看出,在y轴方向上,最左边的基坑围护结构变形最大,且该处的地表变形也具有一致性,表现为沉降最大,沉降值为 mm(开挖深度为 m),这与该处的围护钻孔灌注桩(mm mm)刚度较弱有关,其次为在y轴方向上最右侧边线,沉降值为 mm(开挖深度为 m),该处的围护钻孔灌注桩为 mm mm.建筑物基础沉降值分布也存在一定的差异,基坑开挖主要对北侧的综合服务楼和南侧的第一教学楼有较大的影响.表现在x轴方向上,南侧第一教学楼建筑基础的总体侧向位移最大,最大竖向位移为 mm,最大侧向位移为 mm,最北侧的综合服务楼建筑基础的总体竖向位移最大,最大竖向位移为 mm,最大侧向位移为 mm.在y轴方向上,选取最左边和最右边的基坑围护结构进行水平位移分析,结果如图所示.从图可 以 看 出,在 最 左 边 边 线 基 坑 开 挖 至 坑 底 部 时(m),围护桩桩身范围内任意位置水平位移均明显增加,最大水平位移为 mm,而最右边边线基坑开挖至坑底部时(m),围护桩桩身范围内任意位置水平位移均明显 增加,围护桩的最大水平位移为 mm,尽管最右边边线的基坑开挖深度比最左边边线的基坑开挖深度大,但由于其基坑围护结构直径更大,刚度增加,起到了良好的围护结构变形控制效果.吴文超:杭州十三中深基坑支护设计、数值模拟与监测分析地基与基础DIJIY U JIC H U 工程与建设 年第 卷第期 图基坑最左边边线和最右边边线围护结构侧斜规律杭州十三中深基坑支护监测结果分析根据地下室基坑围护设计要求和相关规范,并结合基坑周边环境,本项目拟进行以下监测项目,具体监测数量及监测点布设见表.表基坑监测项目及数量一览表序号监测项目监测数量深层土体水平位移监测 孔,一层地下室区域孔深 m,两层地下室区域孔深 m水位监测孔,一层地下室区域孔深 m,两层地下室区域孔深 m支撑梁轴力监测 组,每组根钢筋计立柱沉降监测点点房屋沉降倾斜监测 点周边地表、道路沉降监测 点管线沉降监测点坡顶水平竖向位移监测 点西北角中豪晴园幢住宅楼沉降监测 点 围墙沉降监测点 桩基施工期间周边房屋沉降监测项以y轴方向上最左侧基坑边线的基坑围护结构水平位移和地表变形为例,将实际监测结果与数值模拟结果进行对比,结果如图所示.图水平位移和地表沉降实测值与模拟值对比从图(a)可以看出,基坑围护水平位移实测值与模拟值具有良好的一致性,呈现较好的单峰曲线,在围护桩嵌固端和桩顶的位移较小,且在基坑水平位移最大值上部,模拟值比实测值略大,而在基坑水平位移最大值下部,模拟值比实测值略小.从图(b)可以看出,基坑边地表沉降实测值曲线与模拟值曲线具有相同的变化规律,呈现较好的“凹”字形,并在距离坑边水平距离 m外,地表沉降可以忽略不计,而基坑边地表沉降最大值出现在距离坑边水平距离m处,而地表沉降实测值比模拟值略小.结论本文以杭州市十三中教育集团(总校)改扩建项目基坑工程为研究对象,由于基坑工程为不规则形状,且基坑的深度变化较大、存在复杂的周边环境,对基坑围护结构进行分段设计,并采用数值模拟和现场监测手段,对基坑围护结构、周边建筑物变形及地表沉降进行研究,得到以下几个结论:()根据实际地层条件及周边环境,对一层地下室区域、二层地下室区域,一、二层地下室交界处分段设计.()数值模拟结果表明,在y轴方向上,最左边的基坑围护结构变形最大,且该处的地表变形也具有一致性,表现为沉降最大.尽管最右边边线的基坑开挖深度比最左边边线的基坑开挖深度大,但由于其基坑围护结构直径更大,刚度增加,起到了良好的围护结构变形控制效果.()基坑围护水平位移、地表沉降实测值与模拟值均具有良好的一致性,水平位移曲线呈现较好的单峰曲线,在水平位移最大值上部,模拟值比实测值略大,在水平位移最大值下部,围护桩的水平位移模拟值比实测值略小;地表沉降呈现较好的“凹”字形,距离坑边水平距离 m外,地表沉降可以忽略不计,而基坑边地表沉降最大值出现在距离坑边水平距离 m处,而地表沉降实测值比模拟值略小.参考文献徐嘉林,方光秀,赵世范,等深基坑长螺旋压孔灌注桩支护与锚索设计及二次加固方法J建筑技术,():庞小朝紧邻盾构隧道超深基坑注浆止水帷幕的设计与施工参数研究J城市轨道交通研究,():俞强紧邻深基坑非同步开挖共用地下连续墙设计与变形特性实测分析J建筑科学,():文仁学,周子寒,汪波,等复杂填海地层相邻超大深基坑开挖相互影响稳定性分析J公路工程,():徐爽,李俊才,滕晓军,等南京长江漫滩区某超大深基坑支护与监测结果分析J南京工业大学学报(自然科学版),():程秋实,杨志双,秦胜伍,等基于P S O ML S S V R的土体参数反演方法在深基坑工程中的应用J工程地质学报,():钟翰虎,李聪,李雨林,等偏压荷载下深基坑支护结构非对称变形与控制技术研究J中外公路,():姜早龙,张杰,张志军,等基于B I M和遗传算法的填海地区深基坑支护结构优化研究J沈阳建筑大学学报(自然科学版),():