基坑宽度效应对坑底隆起的影响研究

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1、180科技研究城市道桥与防洪2011年4月第4期基坑宽度效应对坑底隆起的影响研究吴传波(宏润建设集团股份有限公司，上海200235)摘要：该文通过不同宽深比基坑坑底隆起的数值模拟，分析了基坑宽度效应对坑底隆起的影响。研究揭示了不同宽深比基坑坑底隆起变形的规律，表明随着基坑宽深比的不断增加，坑底最大隆起量不断增大。结合上海东西通道上跨地铁二号线的工程实例分析，指出对环境保护要求极高的宽大基坑，可通过将大基坑划分为小基坑的方式有效地控制坑底隆起。关键词：基坑工程；宽度效应；坑底隆起中图分类号：TU753文献标识码：A文章编号：1009—7716(2011)04—01

2、80—030引言城市基坑工程对变形控制要求越来越严格，以强度控制设计为主的方式逐渐被以变形控制设计为主的方式所取代⋯。坑底隆起是垂直卸载而改变坑底土体原始应力状态的反应，基坑开挖的直接表现是土体隆起I。对坑底隆起变形的估算通常直接建立与基坑开挖深度间的关系[3,4,51，而缺乏对基坑宽度影响的详细分析。本文采用Plaxis有限元分析程序f6]，分析基坑宽度效应对坑底隆起的影响规律；在此基础上，结合工程实例，分析大尺度基坑坑底隆起的控制方法。1基坑宽度效应对坑底隆起影响的数值模拟图1基坑几何模型(单位：m)1．1分析方法及工况采用Plaxis有限元程序分析不同宽深

3、比基坑(宽深比B／H分别取为0．5、1．0、2．0、3．0、5．0、10．0)对坑底隆起的影响。1．2有限元分析模型1．2．1几何模型基坑开挖深度H=8．0m，人土深度D=8．0m，图2基坑有限元模型示意图基坑宽深比B／H=0．5(B=4．0m)、1．0(B=8．0m)、1．2．2参数选取2．0(B=16．0m)、3．0(B=24．0m)、5．0(B=40．0m)、土体采用摩尔一库仑材料模型，计算分析时10．0(B=80m)。基坑支护结构采用400mm厚地设两层土层，地面至开挖面以下4．0m为粘土层，下连续墙，设置两道支撑，第一道支撑为地面以下开挖面以下4．0m

4、至模型底为砂土层，桩底插入1．0m，第二道支撑为地面以下5．0m。．左右边缘距砂土层以下4．0m。土层参数见表1所列。相应围护结构净距离为80．0m(IOH)，下边缘距支护结构参数：EA=1．2×10kN／m，1．5×离围护结构底为44．0m。在计算域边界设置竖向10kN／m，P=0．2。滑动约束，底部设置完全固定约束。基坑几何模型内支撑参数：EA=6．0×10kN／m，支撑水平间距及有限元模型见图l、图2所示。4．0m，支撑长度8．0m。由于分析主要侧重基坑卸荷对周边环境的影收稿日期：2011-02—21作者简介：吴传波(1978一)，上海人，硕士，工程师，从

5、事地下响，因此，在本构模型选择Mohr—Coulomb的前提结构的设计与研究工作。下，对土体的弹性模量取常规压缩模量的3—6倍。uv耐裂螺加m∞如舯加∞2011年4月第4期城市道桥与防洪科技研加究m∞∞跚181加∞表1土层参数表底中心点隆起量增加，最大隆起量发生在基底中心，此时基坑卸载引起的坑底回弹起控制作用。由图4可知，随着基坑宽度的不断增加，坑底最大隆起量不断地增大。土体的回弹变形带动坑外地表土体的隆起变形，基坑宽度越大，地表的隆起变形越大，隆起变形的影响范围也越大。值得注意的是，在离坑边距离超过约25m(3H)后，不同开挖宽度基坑周边土体的隆起量趋于相同。

6、由此可见，即便对于开挖范围很大的基对不同宽度基坑进行计算分析时，仅基坑宽坑，其监测区域取3H一般可满足环境保护要求。度变化，其他参数均保持不变，包括支撑刚度。2工程实例分析1．3数值模拟结果与分析(见图3、图4)2．1工程概况上海东西通道工程为双向4车道，在小陆家嘴区域与地铁二号线区间隧道呈30。立体斜交，底板底与区间隧道间净距约4．0／TI，两区间隧道净距约36．0m。该区段基坑宽约27．0m，基坑开挖深度10．0～11．0m。见图5、图6所示。图3基坑坑底隆起变形图量{球图5东西通道上穿地铁二号线区间平面图世2345678910基坑宽度与深度比值WH基坑坑底

7、最大隆起量曲线图图3给出了不同基坑宽度时坑底的隆起变形，当基坑宽度较小(13=4ITI、8Il1)时，基底隆起呈馒头形状，基坑中心点隆起量最大，此时基坑隆起主要由支挡结构的入土深度部分向基坑内变形而形成，且基坑两侧支挡结构的人土深度部分向基图6东西通道穿越二号线区间隧道剖面图坑内的变形相叠加，从而形成馒头形状；当基坑宽度逐渐增大(B=16m、24m)时，基底隆起呈双峰2．2围护结构方案形状，基底中心点隆起量较小，在位于坑壁一定距由上述数值模拟研究可见，基坑越宽坑底隆离处基坑隆起量较大，此时基坑隆起主要由支挡起量越大。为减小基坑开挖过程中坑底的隆起量及结构的入土深

8、度部分向基坑内变形而形成