黄土地区地铁车站基坑变形数值分析.pdf
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1、:./.黄土地区地铁车站基坑变形数值分析收稿日期:基金项目:陕西省自然科学基金()陕西省重点研发计划()作者简介:杨海峰()男工程师从事基坑支护设计方面工作杨海峰 牛锦涛 商宁坤 吴 明(.信息产业部电子综合勘察研究院陕西 西安 .长安大学地质工程系陕西 西安)摘 要:通过某地铁车站深基坑工程实例数值仿真对黄土地区地铁深基坑施工过程中围护结构变形和地面沉降进行了研究 数值结果表明黄土地区围护结构最大变形位置位于开挖面以上基坑空间效应同样明显 对于由地面最大沉降量确定的影响分区不能照搬软土地区经验 由于黄土强度高最大地面沉降量小应根据地面斜率大小特定分区关键词:基坑围护结构侧向变形地面沉降数值计
2、算中图分类号:.文献标识码:文章编号:()引言目前全国各大城市地铁建设紧锣密鼓地铁建设中车站基坑往往比较深而且基坑开挖多处于城市繁华中心 那么对于深基坑开挖所引起的围护结构和地面变形研究非常重要其对于基坑安全施工节约工程造价有着指导意义 以文献 为代表的大量研究主要是软土地区的基坑成果不完全适用于黄土地区 为此许多研究者 对黄土地区的基坑进行监测资料规律性总结和施工过程数值分析 尽管如此黄土地区的研究成果相对于软土地区少之又少 近年来随着计算机技术发展数值方法研究日新月异研究人员和工程师 利用数值手段研究基坑开挖过程力学行为和变形规律对于基坑研究非常有帮助 因此本文拟从数值计算角度研究黄土地区
3、某基坑施工引起的围护结构和地面变形以期对于黄土地区基坑研究提供一定借鉴 工程概况和场地地质条件.工程概况西安地铁某地铁车站主体基坑平面尺寸.基坑深度约.局部深度.如图 所示基坑围护采用 旋挖桩设三道内支撑 桩间采用挂钢筋网喷射混凝土挡土支护桩嵌固深度为 和 第一道支撑为宽 高 (路面铺盖下)和宽 高 钢筋混凝土撑水平间距约 第二、三道支撑为 钢支撑预加轴力 和 水平间距约 支撑轴力约 腰梁采用 组合钢围檩.场地水文和地质条件如图 所示土层依次为填土类 新黄土 新黄土 层古土壤 老黄土粉质黏土中砂冲积黏土 潜水赋存于古土壤、黄土和粉质黏土及其砂夹层中 主要含水层为粉质黏土层中砂夹层该层透水性好赋
4、水性强 地下水位埋深约图 1基坑断面桩顶挡墙1 500800 C40 混凝土冠梁兼压顶梁宽 1 200高 800迎车面防撞挡墙 1路面150 厚 C20 现浇钢筋混凝土面板400 厚预制钢筋混凝土空心板密排宽 1 200高 1 200宽 1 200高 800第二道钢支撑 600,t=1418 630第三道钢支撑 600,t=14245C 1 0001 400 旋挖桩 1 2006 000 旋挖桩B 型桩1 0001 00035 000单位:mm22 4006 000降水井4 4506 2005 7501 200550图 2计算模型图80142317ZYX单位:m 基坑周边除距离基坑 的 地裂缝
5、外无不良地质灾害 各层土工参数如表 所示表 岩土参数地层天然重度/()直剪试验()凝聚力/摩擦角/()压缩系数./弹性模量/泊松比 杂填土(据经验取).新黄土.新黄土.古土壤.老黄土.(.).粉质黏土.(.).数值仿真.计算模型数值模型如图 所示本次计算地层尺寸长 宽 第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .高(厚)为 基坑围护结构如图 所示计算尺寸为长 宽 高(厚)为 数值模型 单元 个节点 个单元 个节点 个 单元 个计算所有工况费时 基坑围护采用直径 的钻孔灌注桩桩中心距.基坑工程中这样的桩实际上可以简化成连续的墙简化原理如图 和式()所示计算后墙体厚度约为.建立的基坑围护模型如图 所示 (
6、)图 3基坑围护模型图23ZY围护结构26立柱197X图 4刚度折减原理hDt单位:m基坑采用三道支撑第一道支撑为混凝土支撑路面盖板下对撑截面.()上覆 空心混凝土板及 混凝土路面措施 挖土工作面对撑截面.()吊车行走范围连系梁截面为.()之外截面为.()压顶冠梁截面为.()混凝土角撑截面为.()第二、三道支撑采用 钢支撑壁厚分别为 和 腰梁和连系梁均为 工字钢 立柱采用旋挖桩直径.中心距.计算过程采用弹性力学板壳单元模拟铺盖板梁单元模拟对撑、腰梁、连系梁和立柱计算空间模型如图 所示图 5内支撑立柱模型图13.004 26.00739.011 52.015ZYX路面铺盖第一层支撑第三层钢支撑第
7、二层钢支撑.计算参数和工况基坑围护构件中立柱深度最大达到了 持力层基本为粉质黏土因此计算过程主要考虑 层土体数值计算时土体为弹塑性材料服从摩尔库仑破坏准则计算参数如表 所示 后村车站基坑施工工序较为复杂有 步之多 数值计算工作量非常大 因此计算过程简化为主要的 个步骤如表 所示 仿真结果分析.围护结构变形分析图 和图 分别是施加工况 工况 时工况下围护结构的侧向变形曲线 从图 和图 中可以看到工况 时(开挖至约 )围护结构的最大侧向变形发生在坑底以下约.的地方 这是由于施加了地面 超载的缘故荷载传递到较深土体使得围护结构最大侧向变形发生在坑底以下.位置 当施加工况 时(开挖至约.)围护结构的最
8、大变形位置基本没有发生改变但是量值有所增加 这说明超载引起的围护结构最大侧向变形深度基本为坑底下.左右 进一步可以得到启示:基坑施工过程尽量不要于侧壁周边堆钢筋、水泥和砖石等材料以免引起围护结构变形过大 随着施加工况 和工况(分别开挖至.和.)围护结构变形进一步增大最大变形位置发生转变到坑底以上 随着基坑开挖深度增加围护结构最大侧向变形位置有所下移但是始终位于基坑开挖面以上 该现象于一般软土基坑中最大围护结构变形发生于坑底附近甚至坑底以下的情况不同 这也反映出黄土强度高于软土的特性 从图 和图 中还可以看出端头井较标准段围护结构变形大该现象并不违背基坑的“空间效应”原理 正是标准段采用了对撑其
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