重力式围护墙支护结构变形分析

项 向 荣

(武汉地质工程勘察院上海分院，上海 200331)



重力式围护墙支护结构变形分析

项 向 荣

(武汉地质工程勘察院上海分院，上海 200331)

以上海市某深基坑工程为研究对象，给出了采用“同济启明星”的变形计算结果，采用有限元分析软件PLAXIS，对基坑开挖过程中重力式围护墙进行变形分析，通过与现场实测结果对比，得出“同济启明星”在重力式围护墙支护结构变形计算中的不足，而PLAXIS的模拟结果在趋势上与现场实测结果较吻合，但模拟值数值上较实测值偏小。

重力式围护墙，基坑，PLAXIS，计算模型

随着我国经济的快速发展，城市建筑的数量和密度逐渐增加，大量的工程建筑和地下工程必然带来大规模的基坑工程，大规模的基坑工程也促进了基坑支护方法的发展[1]。在众多的基坑支护方法[2]中，重力式围护墙因其施工简单、造价低、工期短、施工技术成熟和施工组织简单等优点，在工程中得到广泛应用。目前常用的深基坑设计计算软件(如同济启明星、理正等)在稳定性计算方面较为成熟，但在变形计算中将重力式围护墙体视为一刚性体计算，计算模型与实体差异大导致计算结果偏差较大，变形计算结果较难用于对施工最终变形进行预测。这在一定程度上阻碍了这种支护方法的推广应用。本文在已有实际经验和理论研究的基础上，以上海某一工程为研究对象，给出了采用现在最常用的基坑设计计算软件(同济启明星)的位移计算结果及采用有限元分析软件PLAXIS的模拟计算结果[3]，通过与现场实测[4-6]结果的对比分析，得出不同计算结果的优劣[7，8]。

1 工程设计实例

1.1 工程概况

本文以上海松江区中山街道新城某地块基坑工程为实例进行分析。该工程为1层地下室，基坑为近似长方形，长边约211.8 m，短边约78.1 m，基坑面积15 503 m2，周长573 m，基坑开挖深度5.9 m。基坑东侧基坑边线距离用地红线的距离为5.6 m～10 m，红线外为通行道路，道路下有雨水、污水管线，距离基坑最近的雨水管线为11 m；基坑南侧基坑边线距离用地9.0 m～14.0 m，红线外为现有道路；基坑西侧距基坑5.0 m～7.0 m，为需保留施工道路；基坑北侧基坑边线距用地红线7.0 m～9.0 m，红线外为空地。

1.2 工程地质及水文地质情况

基坑开挖深度影响范围内土层自上而下分别为①杂填土、②粉质粘土、③淤泥质粉质粘土、④淤泥质粘土，各土层物理力学指标参数如表1所示。

1.3 剖面设计及计算

表1 土层物理力学指标

根据工程开挖深度及周边环境情况选用双轴搅拌桩重力式围护墙的支护型式，基坑深度5.9 m，选用4.7 m宽重力坝，插入深度7.7 m，基坑支护剖面设计如图1所示。

剖面设计采用常用深基坑计算软件同济启明星进行了计算，计算结果如图2所示。从图2可以看出，重力坝坝体位移包络图呈直线状(顶部位移最大)，并且最终位移值达到122.2 mm，大大超过规范[5]及实际基坑开挖所容许的变形值，在重力坝底部出现了负位移(即向基坑外方向的位移)，这与实际难以吻合。

2 有限元计算

2.1 PLAXIS简介

本文采用PLAXIS对设计剖面进行模拟分析。PLAXIS程序是专门用于岩土工程变形和稳定性分析的有限元计算程序，PLAXIS程序应用性非常强，能够模拟复杂的工程地质条件，尤其适合于变形和稳定分析。本次采取二维平面应变有限元模型进行分析。基坑围护分析过程中，针对不同分析对象采用不同的单元类型和本构关系，分析模型的边界采用全自由度约束。本次分析采用了Hardening-soil模型，该模型为等向硬化弹塑性模型，可以考虑剪切硬化和压缩硬化，并采用Mohr-Coulomb屈服准则，用于基坑分析具有较好的精度，该模型假设三轴排水试验的剪应力与轴向应变呈双曲线性关系，同时采用弹塑性来表达这种关系，而不是像Duncan-Chang模型那样采用变模型的弹性关系来表达，克服了Duncan-Chang非线性弹性模型和Mohr-Coulomb理想弹塑性模型的不足。

2.2 有限元分析模型

本次有限元分析对图1设计剖面进行分析计算，有限元计算模型如图3所示。

2.3 模拟结果

通过模拟计算分析，得到最终工况(即基坑开挖到底)的土体水平位移图(见图4)，以及沿坝体内边位移图(见图5)。通过以上模拟分析得出：基坑开挖到底后坝体最大位移出现在坝体顶部，最大位移58 mm，坝体有向基坑内方向的整体位移，但数值较小。

3 现场实测结果

在基坑开挖施工全过程，对基坑土体深层水平位移(测斜)进行监测，与启明星计算结果及有限元模拟结果进行对比分析。在基坑周边设置了多点进行监测，各监测点监测数据及变形趋势比较接近，且由于本文篇幅限制，在此只给出一个监测点(CX1点)在垫层浇筑完成后以及最终结构处±0.000且回填完成后两个时间点的位移曲线，如图6所示。通过图6实测数据结果并结合启明星计算及有限元分析结果可以看出，实测结果显示当基坑垫层浇筑完成时，坝体最大位移出现在顶部，最大位移69.9 mm，与启明星计算结果相差较大，与有限元分析计算结果基本吻合，但实测

结果偏大，可能与实际施工中坝体施工质量有关；在垫层浇筑完成时坝体位移69.9 mm、基坑回填完成时坝体位移86 mm，这表明在基坑垫层浇筑完成后到基坑回填仍会产生较大的位移，这在有限元计算中较难分析考虑时空效应的变形计算，同时也说明在基坑开挖到底后应尽快完成±0.000以下结构的施工。

4 结论及展望

1)目前常用的基坑设计计算软件同济启明星在重力式围护墙支护结构设计计算中位移计算值与实际偏离较大，较难直接用于该围护型式设计中的变形预测。2)采用有限元分析软件PLAXIS对重力式围护墙支护结构变形进行分析，能基本预测基坑开挖到底垫层浇筑完成时坝体的位移值大小，但对其后至基坑回填这段时间基坑位移情况目前尚无法进行分析预测。3)基坑开挖到底垫层浇筑完成时至基坑回填这段时间基坑可能会产生较大位移，因此，在基坑开挖完成后应尽快完成±0.000以下结构施工，以期更好控制基坑变形。4)控制重力式围护墙结构的变形关键是围护墙的施工质量控制，在施工过程中应加强对围护墙施工质量的管理。5)为了减少计算量，加快计算速度，本文采用二维有限元进行分析计算，为模拟展现基坑开挖过程中“时空效应”[6]，建议今后采用三维有限元进行分析计算，并按照实际设计分块开挖工况进行开挖模拟计算。

[1] 刘宗仁,刘雪雁.基坑工程[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.

[2] 刘国彬,王卫东.基坑工程手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2009.

[3] 王江宏,王春波,卢广宁.PLAXIS在深基坑开挖与支护数值模拟中的应用[J].山西建筑，2007,33(35)：94-95.

[4] 将 霞,杨小军.基坑位移监测技术[J].建筑技术，2004，35(5):347-348.

[5] JGJ 120—2012,建筑基坑支护技术规程[S].

[6] 王桂平,刘国彬.考虑时空效应的软土深基坑变形有限元分析[J].土木工程学报，2009,42(2)：114-118.

[7] 梁发云，杨开彪.上海规范重力式围护墙稳定性若干问题探讨[J].岩土力学，2015，23(35)：54-56.

[8] 况龙川，高大钊.上海软土基坑水泥挡土墙的可靠度研究指标[J].同济大学学报(自然科学版)，1998(6)：16-17.

On deformation of gravity enclosure wall support structure

Xiang Xiangrong

(ShanghaiBranch,WuhanGeologicalEngineeringSurveyInstitute,Shanghai200331,China)

Taking some deep foundation pit project as the research object, the paper provides the deformation calculation results by adopting the “Tongji Morning Star”, utilizes the PLAXIS, the finite element software, analyzes the deformation of the gravity enclosure wall in the foundation pit excavation, undertakes the comparison between the analysis and the site examples, and concludes the shortages of the “Tongji Morning Star” in the deformation calculation of the gravity enclosure wall support structure, while the simulation results of PLAXIS is consistent with the site measurement, but the simulated number is smaller than the measured value.

gravity enclosure wall, foundation pit, PLAXIS, calculation model

1009-6825(2016)11-0078-02

2016-01-30

项向荣(1983- )，男，硕士，工程师

TU463

A