软土地区深基坑施工过程中围护结构变形分析.pdf

212：2023年4 月江西建材工程技术与应用软土地区深基坑施工过程中围护结构变形分析曹梦琪浙江中材工程勘测设计有限公司，浙江杭州310022摘要：软土深基坑开挖是深基坑工程施工的重难点，预先分析围护结构的变形影响，做好预防措施，方可保证施工安全。文中以软土地区围护结构变形情况为研究对象，设立监测点，监测实际工况中桩的变形情况，并建立数值模型，对比监测值与计算值的不同，分析对周边建筑物的影响情况。结果表明，基坑开挖深度与桩顶水平位移成正比，且呈线性关系，但总体桩顶水平位移趋于稳定状态，无超挖和快挖现象；基坑开挖深度与桩顶沉降值呈正相关，沉降量由小变大，再趋于稳定状态，实际测量值与计算值相似，但受基坑降水影响；周边建筑物沉降受到基坑开挖深度影响，在实际施工过程中，开挖结束后，宜尽快结束基坑降水施工。关键词：基坑；桩；沉降；数值模拟中图分类号：TU473.2文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 4-0 2 12-0 3Analysis of Deformation of Envelope Structure During Construction ofDeep Foundation Pit in Soft Soil AreaCao MengqiZhejiang Zhongcai Engineering Survey and Design Co.Ltd.,Hangzhou,Zhejiang 310022Abstract:The excavation of the deep foundation pit of soft soil is a key and difficult matter in the deep foundation pit project.Thedeformation influence of the envelope structure is analyzed in advance,and the construction safety can be guaranteed.In this paper,taking thedeformation of the retaining structure in the soft soil area as the research object,the monitoring point is set up to analyze the deformation ofthe pile in the actual working condition,and establishing the difference between the numerical modeling comparison monitoring value and thecalculation value,to analyze the influence of the surrounding buildings.The results show that the excavation depth of foundation pit is directlyproportional to the horizontal displacement of pile top,but the overall horizontal displacement of pile top tends to be stable,with no overexcavation and fast excavation phenomenon;the excavation depth of foundation pit is positively correlated with the pile top settlement value,the settlement becomes stable from small to large,and the actual measured value is similar to the calculated value,but affected by foundationpit precipitation;the settlement of surrounding buildings is affected by foundation pit excavation depth,and the construction of foundation pitprecipitation is ended as soon as possible after the excavation in the actual construction process.Key words:Foundation pit;Pile;Settlement;Numerical simulation0引言随着我国经济高速发展，工程建设成为我国的主要发展方向之一。由于我国地质条件复杂多样，软土基坑开挖一直都是需要攻克的工程建设难题，为此，许多学者对此展开了研究。张松等11分析软土地基基坑开挖过程中，钉墙支护出现失稳现象的原因，并采取钢筋土钉加固措施进行围护，防止失稳现象发生。张俊赞等 2 基于地铁工程实际工况，分析对比基坑和地铁结构的监测值，提前做好防护措施。李志星等 3 为解决软土基坑受力变形特征，基于实际工况，通过室内试验得到相关参数并数值建模，以此分析基坑地下连续墙受力情况，优化设计方案。沈华骏等 4 基于实际工况，对软土基坑变形情况进行分析，探究软土基坑变形规律，为后续研究提供参考。黄睿等 5 以实际工况为例，通过三维激光扫描技术，对基坑变形进行监测，得到深基坑在开挖过程中的变形数据和裂变情况，以此分析新技术的实用性。刘志伟 6 基于数值模拟，结合实际工作者简介：曹梦琪（19 8 9-），男，江苏常熟人，本科，工程师，主要研究方向为桩基基础。况，建立三维数值模型，以此优化基坑降水设计方案，并检验数值模拟与实际测量数据的差异性。本文以软土地区围护结构变形情况为研究对象，设立监测点，分析实际工况中桩的变形情况，并通过数值建模，对比监测值与计算值的不同，分析周边建筑物影响情况，为后续研究提供参考依据。1工程概况本工程对金地德圣中心项目进行岩土工程勘察，对该区域商业楼、办公楼及高层住宅楼进行实地勘察。现场北侧地下室开挖深度为10 m，现场南侧地下室开挖深度为5m，商业楼柱最大轴力超过350 0 kN，其他大楼柱的最大轴力在6 50 0 kN左右。本工程基础采用桩基础，施工场地位于杭州市萧山区金城路周边。2模型建立与工况设置2.1模型建立根据实际工况，建立数值模型，设定基本假设：（1）土体为弹塑性体且为同性；（2）无水渗流现象发生；（3）不考虑桩间土拱作用；（4）其他因素对支护效果影响。模型建立后，选2132023年4 月江西建材工程技术与应用取参数，对基坑单个桩间距进行计算分析，模型的长宽高为10 0 m2m60m。在数值模拟过程中，桩始终按照抗弯刚度相等原则，固定沿数值模型长度方向进行位移，底部约束以三个方向进行位移，桩土间采用大接触面，硬接触设置为法向行为，自由段与桩体间通过绑定约束。数值模型采用摩尔-库伦模型，具体参数如表1所示。在数值模拟过程中，材料均为弹性材料，所需参数见表2。表1基本试验参数桩周土摩内摩擦角黏聚力压缩模量承载力特地层擦力特征/kPa/MPa征值/kPa值/kPa粉质黏土15.919.14.911013夹粉土黏质粉土21.08.18.110014淤泥质6.013.02.0606黏土淤泥质粉7.014.02.5809质黏土粉质黏土11.018.03.09011粉砂(30.0)一(9.0)16028粉质黏土15.026.04.514020夹粉砂粉砂夹粉18.010.08.017032质黏土圆砾(38.0)一(15.0)35050粉砂夹粉(30.0)一(8.5)19032质黏土粉质黏土24.041.09.028037全风化泥23.040.010.030045质粉砂岩强风化泥一(18.0)50065质粉砂岩一表2桩材料参数项目数值桩径/m1.2桩顶标高/m-0.5桩长/m30密度/（kg/m)2400弹性模量/MPa30000泊松比0.22.2基坑开挖工况由于基坑深度较大，为保证施工安全无风险，用分层开挖的方式进行基坑开挖，具体工况如表3所示。以地下室基坑开挖点为研究监测点，对比实际工况和数值模拟的不同之处，结果表明，水平位移以向基坑内为负；竖向位移以向下为负。表3具体工况m工况工况一工况二工况三工况四工况五 工况六工况七开挖23457910深度3结果分析3.1桩顶水平位移研究分析为探究桩顶水平位移情况，以地下室实际检测点为研究对象，取地下室基坑3个检测点进行研究，分别为监测点1、监测点2 以及监测点3，并取检测点3与数值模拟值进行对比。其中，桩顶水平位移变化曲线如图1所示，检测点3与数值模拟值对比曲线如图2 所示。5监测点10监测点2监测点3-5-10-15-20-2501234567工况图1桩顶水平位移曲线实际值50监测值计算值-5-10-15-20-2501234567工况图2监测点3与数值模拟对比曲线由图1可知，随着基坑开挖深度的增加，桩顶水平位移变大，但水平位移速度随开挖深度的增加呈现由慢到快再到慢的变化趋势，但总体变化趋势趋于稳定状态。其中，监测点2 和3的变化趋势较为相似，而监测点1的桩顶水平位移变化趋势小于监测点2 和3，这也表明基坑端部受到较大约束，空间效应较为显著。当基坑开挖处于工况四到工况五时，桩顶水平位移变化最快，桩顶水平位移与开挖深度呈线性关系，且桩顶水平位移变化速率为0.16 mm/d，小于预警值，由此说明，该工程的基坑开挖无超挖或者快挖现象。由图2 可知，监测点3和数值模拟结果的桩顶水平位移存在差异，基坑开挖2 m时计算值远大于实际值，且实际值在开挖一定深度时开始收敛，而数值模拟计算值则没有，说明现场实际值的影响因素更为复杂，数值模拟数值应作为补充分析点。3.2桩顶沉降分析为探究桩顶沉降情况，依然以地下室实际检测点为研究对象，取地下室基坑3个检测点研究，分别为监测点1、监测点2 以及监测点3，并取检测点3与数值模拟值进行对比分析。其中，桩顶沉降变化曲线如图3所示，检测点3与数值模拟值对比曲2142023年4 月江西建材工程技术与应用线如图4 所示。20监测点1监测点2-2监测点3-4-6-8-10-1201234567工况图3桩顶沉降曲线实际值20监测值计算值-2-4-6-8-10-1201234567工况图4监测点3与数值模拟对比曲线由图3可知，随着开挖深度的增加，桩顶沉降值在逐渐变大，桩顶沉降随开挖深度变化呈三个阶段，当开挖深度在2 4 m时，桩顶沉降量较小，但开挖深度在4 5m时，桩顶沉降量突然增大，沉降速率达到最大值，之后随着开挖深度的持续增加，桩顶沉降量开始减缓并趋于稳定。根据实际工况可知，该现象与基坑降水相关，当开挖至5m时，基坑降水导致出现滞后效应，支护结构地层沉降加大，且外加空间效应，导致基坑开挖至一定深度时，桩顶沉降速率变快之后趋于稳定。由图4 可知，实际测量值与数值模拟计算值大致相似，但相较于实际值，数值模拟计算值未出现突然沉降速率加快的现象，且计算值在开挖到5m时趋于收敛，桩顶总沉降量也小于监测值，其主要原因是实际施工过程中存在基坑降水，导致监测值与计算值不一致。3.3周边建筑设施沉降分析由于基坑地处建筑周边地带，在软土地区进行深基坑施工，会对周边建筑产生一定影响，因此在基坑施工时，需对周边建筑物进行沉降分析。现以该工程基坑周边建筑设施沉降情况进行分析，取周边最近的建筑物进行监测，分别取监测点4、监测点5、监测点6 以及监测点7 进行研究，得出周边建筑设施沉降曲线，如图5所示。0监测点4-1监测点5-2监测点6监测点7-3-4-5-6-7-8-9-100234567工况图5基坑周边建筑监测沉降曲线由图5可知，随着基坑开挖深度的增加，建筑物的沉降值也在变大，且呈线性关系。其中，基坑降水也影响着周边建筑物沉降。但在实际施工过程中，基坑周边建筑物沉降量随着开挖深度增加，一直处于提升状态，并未收敛。由此表明，在开挖完成后，需尽快结束基坑降水施工。由图5可知，最大沉降量在监测点5上，其沉降范围为8.8 mm，最小沉降在监测点3上，其沉降范围为7.3mm，整体倾斜率为0.0 8%。基坑周边建筑物沉降整体倾斜率远小于规范规定值2%，由此说明，该区域进行基坑开挖对周边建筑物的影响较小。4结语（1）基坑开挖深度与桩顶水平位移成正比且呈线性关系，水平位移变化速度随开挖深度增加由慢到快再到慢，但桩顶水平位移总体趋于稳定状态，且表明该工程的基坑开挖无超挖或者快挖现象。监测值与数值模拟计算的桩顶水平位移结果存在差异性，初始位移量相差较大，实际值在开挖一定深度时开始收敛，而数值模拟计算值则未见收敛趋势。（2）基坑开挖深度与桩顶沉降值呈正相关，沉降量由小变大再趋于稳定状态，并且实际测量值与数值模拟计算值大致相似，但由于实际施工受到基坑降水影响，计算值未出现突然沉降速率加快现象，且在基坑深度为5m时趋于收敛，桩顶总沉降量小于监测值。（3）基坑开挖深度的增加，对周边建筑物的沉降影响加大，基坑降水也影响着周边建筑物沉降情况。本研究中，基坑周边建筑物沉降整体倾斜率远小于规范规定值2%，但基坑开挖对周边建筑物沉降值影响并未收敛，在实际施工过程中，应尽快结束基坑降水施工。参考文献【1】张松，余再西，刘克明.某软土基坑复合土钉墙支护结构失稳分析与加固处理【J】。建筑结构，2 0 2 2，52（S2）：2 4 19-2 4 2 2.2张俊赞，任军，鲁鹏华，等.临近地铁车站软土基坑开挖施工监测与分析J.建筑结构，2 0 2 2，52（S2）：2 4 33-2 4 37.3李志星，陈欣蔚，石博，等.基于开挖响应的软土基坑地下连续墙多目标优化设计【J】.市政技术，2 0 2 2，4 0（11）：2 4-2 9.4沈华骏，蒋正，祝斌.软土地区某地铁车站深基坑变形分析J.城市勘测，2 0 2 2（5）：18 4-18 9.5黄睿，许铖啸，吴灿鑫.软土基坑分区开挖对临近地铁隧道影响的实例分析J】.现代隧道技术，2 0 2 2，59（S1）：50 9-517.6文刘志伟.地铁车站深基坑降水三维数值模拟分析【J.城市勘测，2020（6):18 7-19 2.