海积淤泥地层深基坑支护结构水平位移的数值分析与监测研究

杨圣春,孙海枫

(1.内蒙古科技大学,内蒙古包头 014010;2.中铁西南科学研究院有限公司,四川成都 610031)

海积淤泥地层深基坑支护结构水平位移的数值分析与监测研究

杨圣春1,孙海枫2

(1.内蒙古科技大学,内蒙古包头 014010;2.中铁西南科学研究院有限公司,四川成都 610031)

通过数值分析与现场监测两种方式,对深圳地铁前海湾区交通枢纽工程深基坑围护桩体的水平位移进行了研究。研究结果表明:施工过程中桩体水平变形值不大,但桩顶会出现偏离基坑的水平位移,从而造成第一层钢支撑轴力降为零,并容易引起钢支撑的脱落。

海积淤泥; 深基坑; 位移; 数值分析; 现场监测

1 工程概述

研究工程为深圳地铁前海湾地区交通枢纽工程的施工深基坑(深度约17.2m),区域内广泛分布有3～10m厚的海积淤泥及淤泥质软土,局部还有泥炭和泥炭质土。基坑开挖范围内地层从上至下依次为:第四系全新统人工堆积层(Q4 m L)、第四系全新统海积层(Q4m)、第四系全新统海冲积层(Q4m+al)、残积层(Qel)、燕山期花岗岩(γ53)。该地层结构比较松散,自稳性差,透水性强,施工中易发生坍塌、涌水、涌砂、变形、失稳等现象。

基坑支护采用直径1 200mm、间距 1 000mm冲孔桩加内钢管支撑形式,钻孔桩桩间用直径 600mm高压旋喷桩作为止水帷幕。钻孔灌注桩桩顶设 1 200 mm×1 000mm冠梁。主体结构标准段的竖向支撑由上到下共水平设置四道直径600mm(t=16mm)钢支撑,如图1所示,深度距地表依次为1.8m、6.3m、5.7m、3.34m。

图1 基坑支护结构平面布置

2 数值模拟分析

数值分析软件选用FLAC3D,数值分析模型的建立依据实际结构形式,由实体单元模拟,采用弹性模型,弹性模量 E取为3e10 Pa,泊松比0.3,密度2 500 kg/m3。为更好的模拟桩土之间的相互作用情况,方便桩身位移的提取,冲孔桩用Pile单元模拟,旋喷止水桩由实体单元模拟,四道水平钢支撑及圈梁用beam单元模拟,如图2所示。考虑到钢支撑的实际情况,偏于安全的将水平钢支撑的约束形式设定为双向铰接,以更准确的模拟钢支撑的受力。

图2 Flac3D中围护支撑结构模拟

图3 桩体水平位移曲线(数值计算)

图 3为桩体水平位移的数值分析曲线图,结果显示:随着基坑的持续开挖,最大水平位移位置逐渐向下移动,最终停留在15m左右位置;桩体最大水平位移值在前三层逐渐加大,第三层开挖达到最大值后,第四步时最大位移值比第三步缩小2.5 mm左右,这是由于随着开挖深度的增加基坑开挖卸荷对深层土体的扰动逐渐增加,从而导致桩体底部产生偏向基坑内侧的移动,这种趋势会随着开挖深度的增加而愈加强烈;第一层钢支撑出现受拉现象。

3 现场监测

基坑围护结构水平位移的监测采用北京航天三十三所制造的CX 3型测斜仪及读数仪进行,测量精度为0.1mm。

按对基坑工程控制变形的要求在基坑支护结构土体埋设17根测斜管,编号为CX1～CX17。

监测时将仪器探头沿测斜管内十字定向导槽放至管底(桩底),从底往顶每0.5m测读一次数据,得到每0.5 m的偏斜量;在基坑施工过程中把每次测量值与初值比较,即可得出桩(土)体不同深度处的位移量(测斜管底端埋设在基坑底,管底认为是不动的)。

为了保证测量精度,基坑开挖前测读两次初始数据。围护结构施工期间、基坑开挖期间一般每三天观测一次,基坑开挖至底部且变形稳定后每七天观测一次。

17组测斜管的数据比较接近,研究过程中选择了 CX 17号测斜管监测数据与FLAC3D数值计算结果进行对比研究。CX17号监测数据如图 4所示。

图4 CX 17号桩体水平位移曲线(监测值)

4 结 论

根据数值计算和现场监测的数据对比可知:施工过程中桩体水平变形值不大,但桩顶会出现偏离基坑的水平位移,从而造成第一层钢支撑轴力降为零,并容易引起钢支撑的脱落,因此在施工中应予以充分的关注,以免造成事故。

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TU433

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2010-03-15

杨圣春(1978～),硕士,讲师。