淺談影響深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力因素的數(shù)值分析

張司亞   常亮

陜西省建筑科學(xué)研究院 

中鐵一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司

    引言

    深基坑支護(hù)技術(shù)是個(gè)綜合性的巖土工程難題，既涉及到土力學(xué)中典型的強(qiáng)度、穩(wěn)定和變形問題，還涉及到土與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同作用問題、技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題、綠色環(huán)保問題等。本文通過實(shí)際工程的數(shù)值模擬，對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響因素進(jìn)行了分析。

     一、工程地質(zhì)概況

     湘湖地鐵站屬于杭州地鐵1號線起始站，湘湖站總長932 m，標(biāo)準(zhǔn)段總寬20.5m；本車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm的地下連續(xù)墻、φ1000mm鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案。

     地貌形態(tài)主要為丘陵地貌、錢塘江河口沖海積地貌，根據(jù)勘察揭露及原位測試和室內(nèi)試驗(yàn)成果，各類土的物理力學(xué)性質(zhì)如表1：

表1 土體物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù) 

    二、數(shù)值分析

    1、計(jì)算模型

    采用北京理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行分析計(jì)算，理正軟件主要根據(jù)規(guī)范中的公式進(jìn)行計(jì)算。

    2、計(jì)算結(jié)果及分析

    采用原設(shè)計(jì)參數(shù)，分別只改變單一參數(shù)（超載，土層Φ值，m值，支撐預(yù)應(yīng)力損失），結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化如下：

      圖2不同超載下的內(nèi)力值             圖3 內(nèi)摩擦角對內(nèi)力的影響

    圖4  2-2土層m值對內(nèi)力的影響     圖5  4-2土層m值對內(nèi)力的影響

 圖6  6-1土層m值對內(nèi)力的影響      圖7  8-2土層m值對內(nèi)力的影響

    分析圖2~圖7，得出以下結(jié)論：

   （1）當(dāng)超載較小時(shí)，在一定范圍內(nèi)超載大小的改變對支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)幾乎無影響，但隨著超載的增加，基坑內(nèi)側(cè)彎矩大幅線性增加；基坑外側(cè)彎矩緩慢增加；剪力值隨超載的增大先是有所減小，而后大幅增大。

   （2）6-1土層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，改變其內(nèi)摩擦角，數(shù)值分析結(jié)果顯示內(nèi)摩擦角愈大基坑內(nèi)側(cè)彎矩也愈大，但增大的幅度漸緩和；而基坑外側(cè)彎矩隨摩擦角的增大急劇增大，近似指數(shù)增長；φ大小的改變對剪力值影響甚小，剪力隨φ的增加微量減小。

   （3）土層參數(shù)m，地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)對支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響：

    a.埋深淺且層厚小的土層，m值的變化對結(jié)構(gòu)內(nèi)力幾乎無影響。

    b.不同埋深、不同厚度的土層，m值的變化對結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響程度不同。本工程中土層的m增大，基坑內(nèi)側(cè)彎矩小幅增加，而基坑外側(cè)彎矩增加；剪力值波動無規(guī)則的變化。

    c.對于那些淤泥質(zhì)土等及軟土（本工程的4-2）土層m值對結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響極大。m值的小幅度增大，就會引起連續(xù)墻彎矩急劇減小；剪力大幅度減小。但達(dá)到一定的量級后，對支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響變小。

    d.埋深在基坑深度以下的土層，其m值的大小對支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力沒有影響。

    此外，不同道數(shù)支撐預(yù)應(yīng)力損失時(shí)的內(nèi)力值如表2所列：

表2 不同道數(shù)預(yù)應(yīng)力損失下的內(nèi)力值

    可見，增大支撐預(yù)加軸力可以有效的控制連續(xù)墻的變形，能比較顯著的減小墻身負(fù)彎矩。計(jì)算表明預(yù)加軸力的變化對基坑開挖面以下墻體變形和內(nèi)力的影響較小。但由于現(xiàn)場預(yù)加軸力容易損失，需要反復(fù)施加。支撐預(yù)加軸力的損失，使得彎矩增大，剪力略有減小。

    除此之外，土的參數(shù)C，土體模量、支撐預(yù)應(yīng)力大小、支撐位置與排列方式、結(jié)構(gòu)剛度、擋墻嵌固深度等因素對支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力均有影響，篇幅所限，對其余的因素暫不討論。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會   文徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)項(xiàng)目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯  劉真 文徑 審核)