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来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文 发布时间：2012-08-29浏览：39次
摘要：某地下车站一级基坑工程，采用围护桩-内支撑的支护结构形式，在基坑一侧处存在一处建筑物需要保护。本文根据支护形式的特点，运用岩土工程二维有限元软件Plaxis对基坑开挖的全过程进行模拟。通过对不同工况的模拟和分析计算，结果表明，基坑开挖对其周围建筑的变形影响，控制在规范合理的范围之内。
关键词：基坑，变形分析，PLAXIS
1、引言
随着现代社会发展的需求，各类基坑形式逐步多样化和复杂化。经常会遇到在建筑物附近设置基坑的情况，例如大型建筑基坑和市政工程基坑附近可能存在其他建筑物，这就要求我们在基坑设计时考虑基坑开挖对既有建筑物的影响。传统的支护结构计算方法如等值梁法、太沙基法、山肩邦男法等及最近发展迅速的基于有限元的数值模拟方法。本文基于岩土工程二维有限元分析软件Plaxis对深基坑开挖进行模拟，并探讨深基坑开挖对周边建筑物的沉降的影响。
2、深基坑概况
（1）工程概况
某大型市政地铁工程，地铁车站深基坑标准段开挖宽度为21m，开挖深度17.3m，基坑底部位于卵石层，采用桩撑支护围护结构形式。距离深基坑一侧4.2米处有一栋6层民用住宅无法拆迁，需要在深基坑施工时加以保护。
深基坑采用三道支撑，第一道内支撑采用800×1000mm的钢筋混凝土支撑，第二道和第三道内支撑采用直径mm、壁厚C=14mm的钢管。
图1基坑平面及与既有建筑关系图
图2基坑剖面图及地址剖面图
（2）.水文地质条件
工程地质条件：表层以厚度不均的人工堆积的房渣土、素填土为主，人工堆积层以下为新近沉积的粘性土、粉土、砂土及卵石层，再以下以第四纪沉积的卵石为主，局部夹薄层砂土。车站底板位于卵石④层。
水文地质条件：含水岩组为第四纪厚层碎石土层，含水岩组富水性较强。
表1岩土参数表
地层 密度ρ 压缩模量 内摩擦角 粘聚力 泊松比 备注
（kg/m3） Es/（MPa） /(°) Cu/（kPa） μ
①杂填土 1650 4 8 0 0.2 —
①1素填土 1800 7 10 8 0.2 —
②1粉细砂 1950 10 20 0 0.2 —
③圆砾 2050 30 35 0 0.2 —
④卵石 2100 40 40 0 0.2 —
⑤卵石 2150 45 45 0 0.2 —
3、计算模型及工况
（1）土体本构模型
土体是一种复杂的结合体，具有极其复杂的力学特性。土体强度理论有很多种，本文采用不同于理想塑性模型(Mohr-Coulomb)的硬化塑性模型(Hardening-Soil)。
Hardening-Soil模型是一个可以模拟包括软土和硬土在内的不同类型的土体行为的弹塑模型，它考虑了土体的剪胀性，引入了一个屈服帽盖，土体刚度是应力相关的。构造Hardening-Soil模型的基本思想是三轴加载下竖向应变ε1和偏应力q之间为双曲线系。
（2）计算模型
本深基坑模型采用15节点单元、Plate单位和Anchor单元来模拟土体、围护结构和支撑结构。
本模型的计算宽度取160m，深度取80m.。同时，围护桩与土体之间截面模型采用Mohr-Coulomb弹塑性模型，截面刚度矩阵通过Newton-Cotes积分得出。模型的左右侧水平约束，底部水平约束及竖向约束，同时不考虑渗流的作用。
（3）计算工况
本模型的具体计算工况如下：
工况一：开挖第1层土体至第一道支撑底部位置，并浇筑第1道混凝土支撑；
工况二：开挖第2层土体至第二道支撑底部位置，并设置第2道钢支撑；
工况三：开挖第3层土体至第三道支撑底部位置，并设置第3道钢支撑；
工况四：开挖第4层土体至基坑底部位置。
上述工况均为考虑基坑附近建筑物作用情况下。
4、深基坑开挖分析
通过数值分析方法，在充分考虑地下结构、施工工况、地质条件等因素的基础上，建立主体基坑及周边住宅楼的横断面二维模型，对基坑施工过程建筑产生的变形进行预测。
（1）各工况下计算结果
图3工况一作用下基坑最大竖向位移及最大水平位移
图4工况二作用下基坑最大竖向位移及最大水平位移
图5工况三作用下基坑最大竖向位移及最大水平位移
图6工况四作用下基坑最大竖向位移及最大水平位移
（2）周边建筑物沉降曲线图
经过分析得到建筑物在基坑施工时基础沉降曲线。
图7建筑物基础沉降曲线
5、结论
表2.建筑物沉降计算结果
建筑物 地表沉降最大值(mm) 建筑沉降最大值(mm) 建筑物倾斜率(%) 近建筑侧桩顶位移(mm) 近建筑侧桩身变形(mm) 远建筑侧桩顶位移(mm) 远建筑侧桩身变形(mm)
住宅 14 9.5 0.07 12.6 12.2 3.4 10.1
根据房屋建筑控制条件：房屋允许最大沉降控制值≤10mm，倾斜率≤0.0008，位移最大速率控制值1.5mm/d；地表沉降≤20mm，桩体位移控制值≤20mm；
基坑施工对建筑物的地基基础变形控制，经房屋鉴定机构鉴定建议为：基坑施工过程中对建筑物地基基础产生的附加局部倾斜控制在0.8‰以内，经过分析得出建筑物倾斜斜率为0.7‰，即在基坑施工时能够保证周边建筑安全。
参考文献
[1]《基坑支护规范》[S].JGJ120-99
[2]《建筑地基基础设计规范》[S]GB50007-2002
[3]《民用建筑可靠性鉴定标准》[S](GB50292-1999)。
[4]《土力学地基基础》(第4版)[M].北京：清华大学出版社2004
[5]北京金土木软件技术有限公司.《plaxis岩土工程软件使用指南》[M].北京：中国交通出版社，2010.9。
[6]蔡袁强，李碧青，徐长节挖深不同情况下基坑支护结构形状研究[J]岩土工程学报，2010，32(7)：28-31
《基坑开挖对既有建筑影响分析》
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