深大基坑工程开挖对周边建筑物的影响的三维数值分析

基坑开挖施工对邻近建筑影响分析及保护措施摘要：随着现代化经济建设的飞速发展和城市化建设的不断深入，各种大型建筑和高层建筑林立而起。

这些高层建筑已经成为衡量现代化经济水平以及城市发展水平的重要标准。

随着建筑类型不断增加，建筑功能以及建筑安全性要求的不断提升，建筑物的基坑也越来越深。

然而深基坑开挖是一项十分复杂的施工工艺，常常会引起基础沉降，给周边建筑物带来不利影响。

土钉墙支护方案对土体变形控制效果有限，该支护方式下基坑开挖对邻近建筑造成较大变形，难以保证该建筑的安全性；采用隔离桩的加固方案可降低基坑开挖对邻近建筑的影响，其中单排隔离桩可减小邻近建筑46%的沉降值，而双排隔离桩可减小邻近建筑68%的沉降值，效果十分显著。

关键词：基坑开挖；邻近建筑；保护引言随着城市建设的快速发展，周边邻近建筑的深基坑工程越来越多。

由于深基坑的开挖会对土体进行扰动，从而造成基坑内的土体隆起、围护结构的侧向变形及坑周的地表沉降。

其中，坑周的地表沉降必然会对其邻近建筑物造成不利影响，严重时将引起邻近建筑的基础下沉、不均匀沉降，导致建筑物产生开裂或倾斜等问题。

因此，在保证深基坑稳定及安全的同时，如何保证邻近建筑的安全、减小基坑开挖对邻近建筑的影响成为目前亟需解决的问题。

1基坑开挖对建筑物的破坏任何建筑物都有抵抗变形能力以及地表位移的极限，即具有一定的安全系数和结构强度，当建筑物发生的变形在容许变形值范围之内时，则建筑损害不表现出来。

因为各种类型的建筑结构和形式各不相同，因此抵抗变形的能力也不相同。

基坑开挖对建筑破坏的形式主要表现为三种：（1）建筑外观损害。

即基坑开挖造成建筑外观受到影响。

多表现为建筑装修或者填充墙及二次结构轻微开裂或者变形。

建筑外观损害有一个上限值，即素混凝土或砖混墙裂缝宽度1.0mm。

石膏墙裂缝宽度为0.5mm，在这个范围内的损害属于建筑外观损害。

（2）功能损害。

主要是一些影响结构功能实现及使用建筑破坏，如楼板和墙发生倾斜、裂缝展开以及门窗卡住等。

随着国家铁路网建设推进，多地高铁站拔地而起，与之对应的还有集合交通客运中心、地下停车场、地下接送客和公交停车场等多功能一体的枢纽配套工程。

实际项目建设时序基本上是高铁站先于配套建成，为实现旅客换乘无缝衔接，枢纽配套往往会临近高铁站，枢纽一般为地下两层，这导致地下空间的基坑开挖施工必然会对已建高铁站产生影响。

国内学者对此进行了一定的研究，王菲[1]通过数值模拟深基坑开挖的影响，从累积沉降、桥墩差异沉降和水平变形等指标判断基坑设计的安全合理性，朱一康[2]采用工程类比和有限元分析相结合的方法，提出设计、施工及监测等方面的建议。

该文以某综合交通枢纽地下空间工程为例，采用MIDAS GTS有限元软件数值模拟分析深大基坑开挖对临近敏感建筑的影响。

1 工程概况该项目整体位于高铁站的东侧，站前广场地下室大部分分为地下2层，基坑开挖深度约12m，局部地下3层紧邻高铁站房，基坑开挖深度约17m，基坑开挖面积约9万m2，地下广场基坑内部还存在已建的地铁站结构，车站底部位于地下广场基坑坑底以下约12m，项目位置关系如图1所示。

该项目地处三角洲平原地貌，地势平坦开阔，场区内主要分布农田和苇塘，土层分布均匀，自上而下分别为①素填土、②粉土、③粉质黏土与粉土、④粉土与粉砂、⑤粉砂、⑥粉土与粉砂、⑦粉土与粉砂、⑧粉土与粉质黏土、⑨粉砂与粉土、⑩粉质黏土、11粉土粉砂与粉质黏土、12粉土与粉砂和13中粗砂。

场区内地下水丰富，周边分布有河沟，常年平均水位在地面下1m左右，粉土、粉砂层渗透系数较大，基坑底部以上及以下4m范围均为孔隙潜水含水层，坑底以下为4m~12m微承压含水层和16m~30m承压含水层，各土层主要计算参数见表1。

高铁站房为大跨钢筋混凝土框架结构形式，线侧站房两层，局部地下一层，线下站房一层，两侧局部设夹层，建筑高度约24m。

结构采用桩承台基础形式，桩基采用钻孔灌注桩，桩径800mm，桩长36~40m，桩端持力层在承压含水层以下的中粗砂层。

基坑开挖对周边环境影响的三维数值分析王冰玲【摘要】基坑开挖会对邻近既有隧道及土体变形特性产生重要影响.基于Midas GTS420研究基坑开挖对周边土体、支护结构及邻近双向水平隧道的变形特性影响.数值模拟结果表明:周边土体沉降主要发生在开挖基坑长边中部及拐角部位,最大沉降位置位于围护结构外约1/3基坑宽度处;围护结构的最大水平位移位于基坑长短边拐角处,当基坑开挖深度接近于临界深度时,水平位移迅速增大;隧道的横向位移存在一个临界埋置深度,其深度约9m.【期刊名称】《城市住宅》【年(卷),期】2018(025)001【总页数】5页(P102-105,108)【关键词】地下工程;基坑;开挖;双线隧道;变形特性;三维数值模拟【作者】王冰玲【作者单位】安徽三联学院,安徽合肥230601【正文语种】中文近年来，随着我国城市建设迅猛发展，各类深大基坑工程日益增多。

然而，基坑开挖不仅会影响相邻建(构)筑物的安全，也会威胁城市地下排水管道、电缆、煤气管道的安全及附近道路的正常运行［1］。

在基坑开挖过程中，由于坑内土体被挖除，基坑周围土体的水平应力不断卸载，导致该部分土体的体应力减小，剪切应力增大，周围土体随之发生较大变形。

这种变形与地基土特性、基坑开挖深度与宽度、暴露时间、支护结构体系刚度、施工工艺、施工质量等有关［2］。

现有研究发现基坑周围土体沉降直接取决于支护结构侧向位移，其影响范围(水平及垂直方向)一般是开挖深度的2～3倍［3-4］。

随着城市化进程加快，基坑周边存在地铁隧道的情况难以避免。

基坑开挖将引起周边土体的应力变化，这必将对运营期间隧道的变形产生不可忽略的影响。

特别是在进行深基坑开挖时，由于深基坑的基坑深度接近隧道埋深，其对隧道的影响更为显著。

BURFORD最早报道了伦敦地铁隧道因上方基坑开挖导致在27年间地表累计隆起量为50mm［5］。

CHANG等分析了台北地铁因邻近基坑开挖导致隧道损坏的事故，并给出了紧邻地铁实施深基坑开挖的控制建议［6］。

基坑开挖对临近建筑物的变形监测分析基坑开挖是城市建设过程中常见的一种工程活动，它为地下空间的利用提供了可能，同时也对周边建筑物的安全稳定带来了一定的影响。

对基坑开挖对临近建筑物的变形进行监测分析，对于保障周边建筑物的安全稳定具有重要意义。

本文将从监测原理、方法和监测数据分析等方面展开讨论。

一、监测原理基坑开挖对周边建筑物的影响主要体现在地基沉降、建筑物倾斜、墙体开裂等方面。

监测基坑开挖对临近建筑物的变形，需要通过一系列的监测手段来实现。

主要的监测原理包括：1. GPS监测原理GPS监测原理是利用全球卫星定位系统（GPS）进行监测，通过在建筑物上设置GPS接收器，实时记录建筑物的位置信息，从而分析建筑物的变形情况。

2. 建筑物倾斜仪监测原理建筑物倾斜仪是一种专门用于监测建筑物倾斜的仪器，它可以实时记录建筑物的倾斜角度，通过同步记录不同时间段的倾斜角度，可以判断建筑物的变形情况。

通过在建筑物上设置测点，定期进行测量，可以分析建筑物的变形情况。

测点监测原理主要包括测斜仪监测原理、裂缝宽度监测原理等。

以上监测原理可以实现基坑开挖对临近建筑物变形情况的实时监测，为工程施工安全提供可靠的数据支持。

二、监测方法基坑开挖对临近建筑物的变形监测是一项复杂的工程，需要综合运用多种监测方法，以确保监测数据的准确性和可靠性。

3. 测点监测方法三、监测数据分析监测数据分析是对监测数据进行处理和解读，以获取有关基坑开挖对临近建筑物变形情况的相关信息。

1. 数据处理对于不同的监测方法，需要对监测数据进行相应的处理，包括采集数据、存储数据、清洗数据等过程。

2. 数据解读3. 结果评估根据监测数据的分析结果，可以对基坑开挖对临近建筑物的影响进行评估，从而为工程安全提供参考依据。

结论基坑开挖对临近建筑物变形监测分析是一项关乎工程安全的重要工作。

通过对监测原理、方法和监测数据分析等方面进行细致的工作，可以获得基坑开挖对临近建筑物变形情况的真实、可靠的数据支持，为工程施工安全提供重要的参考依据。

基坑开挖变形及其对周围建筑的影响分析摘要：近年来，随着经济社会快速发展，城镇化水平不断提高，有限的土地资源与日益增加的建设用地需求之间的矛盾越来越突出，由此对地下空间的开发利用日益得到重视与推广，如地下交通枢纽、商业综合体、高层建筑地下室等，相应的基坑开挖深度与范围也越来越大，周边环境越来越复杂。

基坑开挖对周围建筑的影响尤为敏感，因此，我们要做好基坑变形的控制，即使支护结构本身未发生破坏失稳，过大变形也会导致周边地面沉降、建筑物开裂、管线破坏等，带来严重后果与损失。

基于此，本文就基坑开挖变形及其对周围建筑的影响进行简要分析。

关键词：基坑开挖变形；周围建筑；影响1 工程概况拟建项目位于某市境内，包括2个主楼及楼间地下车库，地上12-27层，地下4层，其中B-1楼主楼为框架－抗震墙结构，基础形式为灌注桩基础，车库为框架结构，基础形式为独立基础;B-2楼主楼为框架－核心筒结构，基础形式为灌注桩基础，车库为框架结构。

场地内现状地面东高西低，自然地表标高约为34.00～37.50m，主楼及车库基底标高23.50～24.50m，基坑开挖深度约10.50～13.50m。

本项目地处市区繁华地段，交通繁忙，周边环境复杂，基坑东侧与北侧均为市政道路，地下室外墙线距离东侧与北侧道路边线最近分别为27.14、11.13m，道路沿线埋设有雨污水、通信、电力等多种市政管线，管线埋深0.5～3.0m，地下室外墙线距离以上市政管线最近约14.80m；基坑西侧为临近地块地下车库及临时地面道路，本项目地下室外墙线距西侧地块地下车库最近约21.16m；基坑南侧为已建成的28—33F高层住宅楼及底层商铺，其中住宅楼为框剪结构、预应力混凝土管桩基础，商铺及售楼中心为框架结构、独立基础，本项目地下室外墙线距离住宅楼约14.24～20.42m，距离底层商铺最近约12.60m；此外，基坑南侧埋设有给水和污水管道，埋深约1.5m，局部紧邻基坑边缘，基坑开挖时需重点保护，加强监测。

深基坑开挖对周边建筑影响的分析摘要：在城市改造和建设中，深基坑开挖引起的周围地表土沉降问题越来越受到人们的重视。

基坑开挖是一个复杂的地质工程问题，它既涉及基坑的自身强度与稳定性，又包含了地质环境和社会影响问题。

在基坑开挖过程中，除了要保证基坑的安全，使坑内坑外的各种工程顺利施工，还要避免因地表沉降而引起周边建筑物、地下管线及其他市政设施的破坏而造成的损失。

本文以某工程为例，就深基坑开挖对周边建筑造成的影响进行了分析。

关键词：深基坑开挖；周边建筑；影响1深基坑开挖分析1.1深基坑开挖深基坑是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。

开挖前应根据地质水文资料，结合现场附近建筑物情况，决定开挖方案，并作好防水排水工作。

开挖较深及邻近有建筑物者，可用基坑壁支护方法，喷射混凝土护壁方法，大型基坑甚至采用地下连续墙和柱列式钻孔灌注桩连锁等方法，防护外侧土层坍入。

1.2深基坑开挖基本要求在深基坑土方开挖前，要制定土方工程专项方案并通过专家论证，要对支护结构、地下水位及周围环境进行必要的监测和保护。

（1）深基坑工程的挖土方案，主要有放坡挖土、中心岛式（也称墩式）挖土、盆式挖土和逆作法挖土。

前者无支护结构，后三种皆有支护结构。

（2）土方开挖顺序、方法必须与设计工况一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。

（3）防止深基坑挖土后，土体回弹变形过大。

（4）防止边坡失稳。

（5）防止桩位移和倾斜。

（6）配合深基坑支护结构施工。

2深基坑开挖对周边建筑造成的影响2.1工程概况某市快速内环东线工程二标段工程全长约2.052km，分两期施工。

隧道开挖基坑呈“一”字形，二期隧道全长925m，宽约29m，基坑深浅渐变，最深处约为15.4m。

该工程采用φ1200mm间距1400mm钻孔灌注桩加一排φ650mm搭接150mm的搅拌桩止水帷幕进行维护，管井施工在支护桩完成70%后施工，在基坑开挖前两周进行降水，使土体开挖时已受到相当程度的排水固结；钻孔灌注桩桩顶设置钢筋混凝土冠梁，隧道采用钢管支撑体系；土方开挖为垂直明挖，结构先撑后挖。

深基坑开挖对临近建筑物影响监测数据分析摘要：我国经济的飞速发展也进一步促进了城市化发展，大城市对土地的需求越来越大，大量建筑向更高处或向下寻求空间。

因此，越来越多的高层建筑纷纷涌现在城市中，且与已有建筑物距离越来越近。

深基坑开挖施工很大程度上会对已有建筑物产生影响，有时甚至会危害其安全。

深基坑施工对临近建筑物的影响问题已成为研究热点之一。

基于此，本文根据实际工程对深基坑开挖对临近建筑物影响进行了简单的探讨，以供相关人员参考。

关键词：深基坑开挖；临近建筑物；沉降监测；影响引言建筑物地基变形特征一般分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。

其中，沉降量主要用于计算独立柱基础和地基变形较均匀的排架结构柱基的沉降量，也可预估建筑物在施工期间和使用期间的地基变形量。

由变形特征的作用，就可以根据不同的结构形式，确定如何控制它们，由控制值的大小确定建筑是否安全。

另外，建筑物沉降又与建筑物的基础结构形式、建筑物的上部结构采用的体系其对应地基的承载力紧密相连，而地质情况又决定了建筑物地基的承载力。

1、工程概况工程主体基坑长度为36.5m，宽度为20.7m，采用明挖方法施工，围护结构形式为1000mm厚地下连续墙（深度54m），基坑深度约为20.02m。

基坑东南侧有12层混凝土保护建筑物距离主体结构24.50m，地下1层。

钢筋混凝土剪力墙结构，筏板基础，筏板底面标高-0.8m, 筏板下为预应力混凝土管桩，桩径0.5m，有效桩长13-19m，桩顶标高-1.3m。

基坑支撑体系由第一道钢筋混凝土支撑，第二、五道φ609钢支撑，第三、四道φ800钢支撑组成。

坑底以下4m高压旋喷桩，裙边+抽条旋喷桩加固。

依据前期地勘报告及设计图纸，工程范围内坑底基本位于⑤灰色粘土层，围护墙墙底位于⑧灰色粘土层。

沿线揭示的⑦（含⑦1和⑦2）和⑨层为承压含水层，其中⑦层为第一承压含水层，其层顶埋深为28.2～39.4m、层顶标高为-25.27～-36.48m。

基坑开挖对临近建筑物的影响分析
引言：
在城市建设过程中，基坑开挖是一项不可避免的工程。

然而，基坑开挖对临近建筑物可能产生一系列的影响，包括地震震动、地面沉降、结构破坏等。

本文将从三个方面进行分析：地质环境、土体周围应力变化以及建筑物结构变形。

一、地质环境
1.地层特征：地下地层的情况对基坑开挖的影响很大。

如果地下地层含有大量的水或者软黏土，则可能导致基坑倒塌或者地面下沉。

2.地下水位：基坑开挖会导致地下水位下降，可能引起邻近建筑物的地基下沉、建筑物附近土体的沉降以及地下水临近建筑物的渗透。

二、土体周围应力变化
1.土体的应力状态：基坑开挖会导致周围土体应力分布的改变，可能引起土体压缩、水平位移以及倾斜等问题。

2.变形互制：基坑开挖对土体的应力改变可能引起建筑物的变形，比如土体侧向挤压可以导致建筑物的拉伸或者收缩。

三、建筑物结构变形
1.建筑物地基沉降：基坑开挖可能导致基坑周围土壤的沉降，进而引起建筑物地基的沉降。

2.建筑物墙体受力：基坑开挖会导致邻近建筑物墙体上出现水平力和竖向力，可能引起墙体的倾斜、开裂等问题。

3.地铁或地下管道影响：基坑开挖可能对地铁或地下管道造成影响，
比如振动或沉降等，进而对邻近建筑物产生不利影响。

综上所述，基坑开挖对临近建筑物的影响是多方面的。

在实际工程中，为了减轻这些影响，需要进行详细的前期调查和分析，采取相应的技术措施，比如采用支护结构、增加地下水控制等。

同时，需要进行长期的监测
和跟踪，及时采取应对措施，确保邻近建筑物的安全。

广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2018年6月第25卷第6期JUN 2018Vol 25No.60引言随着经济建设的发展，地下空间开发越来越多，基坑开挖成为必不可少的步骤之一。

如何保障基坑开挖过程中不影响周边建筑及地下设施，是当前工程建设的难点之一[1]。

如何提前预测和研究出基坑开挖过程中的变形和对周边环境的影响，很多学者对该课题进行相关研究[2-3]。

本文以某基坑工程作为研究对象，利用地勘报告和基坑支护结构设计要求，主要针对基坑周边环境受开挖等诸多因素影响的情况，应用FLAC3D 软件对对基坑开挖全过程进行模拟计算，得出基坑及周边变形特点，为类似工程设计和监测提供分析方法。

1工程概况项目场地位于某人民路北侧，基坑建筑面积为11286m 2，基坑长度为285m ，基坑宽度为39.6m ，基坑开挖深度为10.9m 。

基坑周边环境复杂，分布地下比较密集的地下管线。

项目已于2016年底完工并投入使用。

2场区工程地质概况项目所在地区工程地质条件复杂，根据地质勘察报告，主要分布地层有新近沉积的填土和软土层；第四系全新统粘性土、软土、粉土、砂土；第三系砂砾胶结层；白垩系粉砂岩、砾岩。

3基坑支护方案因场地存在较厚的软土层，对基坑开挖和支护的安全性影响较大。

项目采用先局部放坡减荷，设置钻孔灌注桩为支护桩、基坑侧壁止水采用双排粉喷桩，再设置混凝土内支撑相结合基坑支护方案。

对表层3.1m 地层进行直接放坡减荷作业，设计坡率为1∶1，并立即在坡面设置挂网、锚杆、喷射混凝土支护，再在边坡坡脚修建宽度为7.5m 的平台，便于开挖土方的运输，再在平台边缘设置钻孔灌注桩和止水用粉喷桩，再在基坑中心区开挖，并设置混凝土内支撑，直至垂直开挖7.8m 。

基坑设计图如图1所示。

为了减少内支撑杆件的数量，设计采用角撑、对撑形式。

某基坑开挖对周边环境影响的FLAC3D 数值分析王朝军（中国铁路设计集团有限公司天津300251）摘要：应用FLAC3D 软件对基坑开挖过程进行模拟计算，材料屈服模型采用摩尔-库伦模型，通过pile 单元模拟围护桩、cable单元模拟锚杆，通过计算得出基坑外土体、基坑底部、围护桩的沉降及水平位移的变化特征，主体基坑底部土体发生了回弹，发生了竖直向上的位移，最大值达到28.7cm ；设置了预应力锚杆进行加固的基坑边缘，在开挖过程中产生稍小水平位移，最大值为2.5cm 。

深基坑开挖对临近建筑物的影响研究本文通过分析深基坑工程对周围环境的影响，在确定影响因素的前提下，可以使施工进度得到提升。

必要的安全监测可以大大降低工程施工对周围附属物的安全、环境影响，使工程施工顺利展开。

标签：深基坑开挖；临近建筑物；影响前言随着社会的进步与发展，人们对居住安全性的重视程度也逐年提升，尤其对工程施工带来的周围建筑物安全问题更加关注。

为此，工程施工企业在考虑自身经济效益的同时，也要着力创新工艺、方法，确保施工过程与周围环境和谐共存、良性共进。

1 深基坑开挖对周围环境的影响1.1 基坑底部土体隆起的影响由于卸荷作用的影响，使得基坑底部的土体整体向上回弹，在此过程中，土壤松动及缓慢移动使土壤整体隆起。

当深基坑施工开始后，四周的支护架构逐渐向基坑内部移动，而下部的支护架构同时向坑内移动，对前面的土体形成挤压作用，造成基坑底部的土体隆起。

1.2 支护墙位移影响基坑四周的支护墙受到外力作用而发生主体变形，当基坑内壁失去原有的土体压力后，外侧墙体就会受到来自内侧土体压力的影响。

由于施工步骤是先开挖、后支撑，因此，支护墙体在支撑前就已经受力变形，给基坑外侧地层造成损坏，从而发生地面沉降现象。

1.3 地下水影响在基坑施工过程中，会造成地下水位降低，甚至会发生流砂或涌砂的现象，使整个基坑失稳，进而对基坑周边建筑物的安全性带来直接影响。

由于水位下降，基坑四周建筑物基础下水的浮托力相应减少，从而使地基土自身的荷载增加，由此产生地面沉降，建筑物也因此缓慢下沉。

尤其对于软土区域，当止水帷幕失去效用或降水不达标时，较大的水压力致使基坑内出现涌砂现象，直接对周边建筑的安全性形成冲击。

1.4 周围地层移动影响地层移动对施工区域内的建筑物安全造成一系列不良影响。

导致周围地层移动的因素包括：基坑在施工时的作业工序；基坑内土体性能的改善；施工进度与基坑敞露的時间；地面超载与外界的振动负荷；自然界雨水及其它积水等。

1.5 对周边建筑物的影响在深基坑开挖之前，通过科学合理的监测方案能够避免产生过度变形的情况，减少建筑物倾斜、开裂以及管线破损等问题。

d o i :10.3963/j .i s s n .1674-6066.2022.05.033某深基坑开挖对周边环境影响的数值分析周 健1,杨 艳2,唐玉阳2,程春英3(1.中楚工程勘察设计咨询有限公司,武汉430073;2.长江勘测规划设计研究有限责任公司,武汉430014;3.湖北别一阁钢结构科技开发有限公司,武汉430070)摘 要: 通过M i d a sG T S 软件对沿江地区某深基坑开挖的过程进行数值模拟,计算了施工期工况下支护结构及基坑侧壁的内力与变形,并结合实际监测数据,验证了数值模拟的正确性㊂同时还分析了深基坑开挖时对周边临近的城市道路与堤防的影响㊂关键词: 基坑支护; 数值模拟; M I D A SG T SN u m e r i c a lA n a l y s i s o f I n f l u e n c e o fE x c a v a t i o n s o n t h e S u r r o u n d i n gs Z H O UJ i a n 1,Y A N GY a n 2,T A N GY u -y a n g 2,C H E N GC h u n -y i n g3(1.Z h o n g c h uE n g i n e e r i n g S u r v e y a n dD e s i g nC o n s u l t i n g C o ,L t d ,W u h a n430073,C h i n a ;2.C h a n g j i a n g I n s t i t u t e o f S u r v e y ,P l a n n i n g ,D e s i g na n dR e s e a r c hC o ,L t d ,W u h a n430014,C h i n a ;3.H u b e i B i e -Y i -G eS t e e l S t r u c t u r eT e c h n o l o g y D e v e l o p m e n tC o ,L t d ,W u h a n430070,C h i n a )A b s t r a c t : T h e p r o c e s so f e x c a v a t i o na l o n g t h er i v e rw a sn u m e r i c a l l y s i m u l a t e db y MI D A S G T S ,a n dt h e i n t e r n a l f o r c e a n dd e f o r m a t i o no f t h e s u p p o r t i n g s t r u c t u r ea n dt h e s i d e w a l l o f t h e f o u n d a t i o nw e r ec a l c u l a t e d i nd i f f e r e n t c o n -s t r u c t i o n c o n d i t i o n s .A t t h es a m e t i m e ,t h e i n f l u e n c eo f t h ee x c a v a t i o no f t h ed e e p f o u n d a t i o n p i to nt h es u r r o u n d i n g r o a d s a n de m b a n k m e n t sw a s a l s o a n a l y z e d .K e y wo r d s : r e t a i n i n g a n d p r o t e c t i o n f o r e x c a v a t i o n ; n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ; M I D A SG T S 收稿日期:2022-05-26.作者简介:周 健(1984-),硕士生,工程师.E -m a i l :84174027@q q.c o m 在目前 双碳 目标的大背景下,武汉市作为国家可再生能源建筑应用示范城市,在某商务区规划了一座江水源能源站满足区域供冷供热需求㊂由于中心城区土地供应紧张,能源站设置于地下且紧邻长江,此时基坑开挖时的自身稳定及对周边环境的影响显得尤为重要㊂李方成等[1]利用M i d a s 对武汉某深基坑施工过程进行了仿真模拟计算并分析了其对基坑稳定性的影响㊂孙超等[2]对长春某基坑施工过程进行模拟,并结合现场实际监测数据进行了对比分析,表明计算模型与实际吻合,模拟软件M i d a s 具有一定的可靠性㊂该工程位于长江Ⅰ级阶地,地质构造与水文地质条件较复杂㊂通过对深基坑开挖的施工过程进行数值模拟,计算各工况下的围护结构内力及土体变形,结合实际监测数据验证数值模拟的正确性,分析深基坑施工对周围环境的影响,为基坑施工的安全提供技术保障,同时也可为汉口滨江地区基坑工程提供参考㊂1 工程概况该项目为地下一层设备用房,主要包括控制室㊁配电室㊁设备间㊁蓄能水槽等㊂设备机房布置于能源站中部,蓄能水槽布置于建筑南部,控制室㊁配电室布置于西北部,且位于拟建地下市政环路正上方㊂由于能源站与拟建环路空间关系密切,为节省投资,业主拟将两单体工程基坑合二为一㊂合建后站房基坑平面近似矩形,长约130m ,宽约80m ,周长约420m ,总面积约1.1万m 2㊂基坑普挖深度10.20m ,局部开挖至12.90~14.80m ,安全等级为一级㊂521建材世界 2022年 第43卷 第5期1.1 周边环境拟建场地周边环境较为复杂,分布有已建道路㊁住宅小区等㊂其中西侧100m 处为已建住宅小区;北侧边界为已施工地下连续墙;南侧为沿江大道及防洪墙,道路红线距离支护结构外边线距离最大约6.0m ,距离堤防防洪墙最小约60m ,且沿线分布有燃气㊁雨水㊁电力㊁通信等各类地下管线㊂1.2 地质条件拟建场地位于长江Ⅰ级阶地,属长江冲积平原地貌,地形平坦,地质构造㊁水文地质条件较复杂㊂根据该项目岩土工程勘察报告,开挖深度范围内主要土层为:①杂填土;②粉质黏土夹粉土;③粉细砂夹粉土;④粉细砂㊂其详细的物理参数如表1所示㊂表1 岩土物理参数表地层编号地层名称重度γ/(k N ㊃m -3)黏聚力c /k P a 内摩擦角ϕ/(ʎ)压缩模量E s /M P a ①杂填土18.58187②粉质黏土夹粉土18.7181013.5③粉细砂夹粉土1842729④粉细砂1903311.5⑤粉土夹粉细砂18.662330⑥粉细砂1903348⑦砂质泥岩20100351001.3 基坑支护方案该工程基坑支护设计方案为:1)北侧利用已施工地下连续墙进行支护,地连墙厚1.0m ,深48m ;2)东侧㊁西侧㊁南侧采用桩顶放坡+钻孔灌注桩+一道(局部两道)钢筋砼桩,桩长约20m ,桩身混凝土强度等级为C 30;3)侧壁采用悬挂式止水帷幕(即两排三轴搅拌桩)防渗止水,基坑内设置管井降水㊂2 数值模拟2.1 基本假定与边界条件根据该工程场地工程地质条件和基坑支护设计方案,利用M i d a sG T S 有限元软件,考虑模型的尺寸效应,建立基坑的三维数值模型模拟基坑开挖过程㊂为简化计算㊁保证运算结果收敛,针对该项目做如下假定:1)假定土体为水平层状分布,土体为均质体;2)土体本构模型选用修正M o h r -C o u l o m b 模型,钢筋混凝土及钢结构为弹性模型;3)土体不考虑排水固结及地下水渗流的影响㊂根据相关规范与工程经验[3-6],深基坑数值模型的计算深度取基坑底部以下2~3H ,影响宽度取3~5H (H 为基坑开挖深度),模拟计算区域的面积为300mˑ200m ㊂边界条件为:底面水平和垂直方向均固定,侧面水平方向固定,顶面自由㊂该模型中涉及的土层按照不同材料分为7层,材料参数选取见表1㊁表2㊂表2 土层材料参数表地层编号材料名称割线模量E 50r e f /M P a 切线模量E o e d r e f /M P a 回弹模量E u r r e f /M P a 初始应力系数K 0①杂填土5.44.554.00.69②粉质粘土夹粉土7.66.376.00.82③粉细砂夹粉土13.513.554.00.54④粉细砂29.029.0116.00.45⑤粉土加粉细砂11.511.546.00.60⑥粉细砂29.029.0116.00.45⑦砂质泥岩50.050.0200.00.23同时支护桩按等刚度转换原则折算成相应厚度连续墙㊂折算规律如式(1)所示㊂112(D +t )h 3=164πD 4(1)式中,D 为灌注桩直径,m ;t 为桩间空隙距离,m ;H 为等效后桩墙体系的厚度,m ㊂折算后,ϕ1200排桩折算成930mm 厚连续墙,ϕ1400排桩折算成1100mm 厚连续墙㊂2.2 开挖模拟工况首先建立土体网格模型并赋予相应材料属性,添加约束组和荷载组,然后根据施工顺序逐步钝化土体网格,激活相应支护单元,最后运行分析㊂此次模拟将基坑施工分六步工况进行:621建材世界 2022年 第43卷 第5期工况1:初始地应力计算㊂工况2:浇筑排桩,嵌入基坑底部土体20m ,同时施工立柱桩㊂工况3:桩顶放坡开挖至-3.6m (假定自然地面为0.000m )㊂工况4:开挖土体至-4.6m ,在-3.60m 浇筑第一道钢筋混凝土支撑㊂工况5:开挖土体至-10.2m ,在-9.20m 处浇筑第二道钢筋混凝土支撑㊂工况6:开挖至坑底-12.9m ,局部开挖至-14.8m ㊂3 计算结果与分析3.1 基坑变形分析1)排桩变形南侧(基坑长边)排桩在基坑开挖至-4.6m 后,排桩刚开始发挥支护作用,桩身最大位移为0.75mm ,但桩顶位移接近0mm ;开挖至坑底-12.9m 后,距离桩顶(含冠梁)5.0m 处位移最大,达到最大9.75mm ;东侧(基坑短边)排桩在基坑开挖至-4.6m 后,排桩刚开始发挥支护作用,桩身最大位移为0.77mm ,桩顶位移为-0.3mm ;当开挖至-10.2m (第二层支撑底)时,桩身最大位移为3.76mm ,桩顶位移为3.38mm ;开挖至坑底-14.8m 时,桩顶位移为6.46mm ,桩身最大位移为8.33mm ,距离桩顶(含冠梁)约6.0m ㊂图1㊁图2给出了位于基坑长边南侧(即沿江大道侧)中部的C X 05#及东侧中部的C X 08#监测点在支护结构部的水平位移㊂可以看出:(1)基坑南㊁东侧围护结构水平位移随着开挖深度的增加,呈现不断增大的趋势㊂在开挖至坑底时达到最大值,位移最大处为距离支护桩(含冠梁)4~6m 处㊂(2)将数值模拟分析结果与现场监测数据比较,差距最大处为桩顶处3.86mm ,最小处仅为0.02mm ㊂这是由于软件中土体采用修正摩尔库伦模型,计算时考虑了土体的卸荷回弹,此时桩体与土体协调变形,故桩顶偏向基坑外侧,水平位移计算值会略小于实测值;随着土体深度加大,外部土体受基坑开挖卸荷影响越来越小,这时水平位移计算值又较为接近实测值㊂因此,M i d a sG T S 软件在该工程案例应用中具有一定的准确性与可靠性㊂(3)按照‘湖北省基坑工程技术规程“的相关规定:重要性等级为一级的基坑工程支护结构水平变形控制值最大限值为30mm ,该工程实测水平位移最大值为12.88mm ,满足规范要求㊂2)地下连续墙变形图3为基坑北侧地连墙各工况的水平位移,基坑开挖至-4.6m 后,第一层支撑还未完全发挥作用,开挖卸荷致使墙体顶部位移约为0.38mm ,墙身整体位移较小;开挖至坑底-10.2m 时,支护结构与第一层支撑开始工作,墙体发生弯曲变形㊂由于支撑的限制作用,水平位移最大处并非墙顶,而是发生在距离墙顶5.6m 处,约17.5mm ,深度超过32m 后变形逐渐减小㊂与现场监测结果相比,墙身位移曲线趋势变化大致相同,但数值略有差别,这是由于现场施工时在地连墙施工时对外侧土体利用高压旋喷桩进行了加固,增大了土体抗剪强度及压缩模量,因此桩顶位移实测值相对较小㊂721建材世界 2022年 第43卷 第5期3)基坑土体隆起与沉降根据数值模拟结果,基坑开挖至-3.6m 后,坑底隆起变形,最大竖向变形量达10.2mm ,基坑周围在外荷载及坑内开挖卸荷作用下变形量隆起约3.5mm ;开挖土体至-4.6m (第一层支撑底)后,坑底隆起量最大约为12.70mm ,基坑周边竖向位移无明显变化;开挖土体至-10.2m (第二层支撑底)时,坑底隆起量最大约为34.1mm ,基坑周围最大沉降约4.5mm ,最大隆起约0.8mm ,变形量极小;开挖至坑底-12.4m ,坑底隆起量为39.5mm ,基坑周围位移无明显变化㊂可见,随着基坑开挖深度的加深,坑底隆起变形在逐渐增大,位移量超过20.0mm 的范围也进一步扩大;基坑周围沉降变化量虽然也处于增加趋势,但逐渐趋于稳定㊂因此可以看出基坑开挖对坑内土体竖向位移影响较大,对基坑四周土体竖向位移影响却不明显[7,8]㊂由图4㊁图5可知,地表沉降呈现时空分布规律,在时间上随着基坑工程的进行,地表沉降值逐渐增加,基坑周边各监测点沉降曲线趋势基本相同;在空间上,地表沉降主要与距离深基坑边缘的距离有关,土体沉降值随着距离的增加逐渐增大,在达到最大值之后,随着距离的增加而逐渐减小,最终保持稳定㊂沉降变形计算值与实际监测数据变化趋势相同,但实际监测数据要大于计算数值,这主要是由于计算模型未考虑由管井降水引起的土体沉降造成的㊂3.2 支护结构内力 1)支护结构内力基坑周边支护结构产生的桩(墙)身最大弯矩为888.4k N /m ,剪力为433.90k N ㊂2)内支撑内力随基坑开挖深度的增加,第一㊁二层支撑逐渐发挥作用,内支撑及围檩轴力不断增大直至稳定㊂内力计算值见表3㊂表3 支护结构内力统计表构件部位最大轴力/k N 面内最大弯矩M y /(k N ㊃m )第一道支撑4140.8597.0第二道支撑4775.61073.1第一道围檩3629.91435.1第二道围檩1314.8+1282.93.3 环境影响分析基坑南侧距离沿江大道边线约6m ,通过模拟计算与现场实际监测数据分析可知,道路边线最大水平位移为3.9mm ,最大竖向位移为13.1mm ;道路中心处最大水平位移为1.9mm ,最大竖向位移为6.9mm ;堤防防洪墙最大水平位移为0.7mm ,最大沉降小于2.0mm ㊂道路及防洪墙总沉降量均未超过‘公路路基设计规范“(J T G D 30 2015)与‘水工挡土墙设计规范“(S L379 2007)规范中限值,故基坑开挖对道路与各类管线及堤防安全稳定运行均不构成影响;基坑东侧㊁北侧均为空旷地带,且支护结构变形在规范限值范围以内,西侧住宅小区处位移变化量极小㊂因此,基坑开挖不会影响周边环境安全㊂4 结 论a .基坑外部土体隆起仅在开挖第1阶段到第2阶段较为敏感,后期逐渐趋于稳定㊂开挖至基底时,土体隆起明显,故开挖结束后应尽快施工结构底板,避免变形加剧㊂b .基坑周边沉降值的变化趋势与地表沉降较为一致,且与基坑距离呈反比㊂c .支护结构水平位移随着开挖深度的增加而增大,且支护结构变形特点为上端大㊁下端小,由于桩顶内821建材世界 2022年 第43卷 第5期建材世界2022年第43卷第5期支撑的作用,桩身最大位移出现在上部1/3桩长处㊂d.根据实测数据反演计算,桩底水平位移趋近于零,模拟时桩端可适当限制桩端水平位移㊂e.基坑开挖对周边环境,特别是对沿江大道与堤防安全稳定运行不造成影响㊂f.虽然数值分析结果与实测结果略有差别,但两者变化趋势基本吻合,因此采用M i d a sG T S进行基坑开挖支护的全过程数值模拟分析,能够检验基坑支护方式的合理性,也能为实际基坑开挖提供数据支撑㊂参考文献[1]李方成,郭利娜,胡斌,等.基于M I D A S软件探讨施工工序对深基坑稳定性的影响[J].长江科学院院报,2013,30(3):49-55.[2]孙超,陈军君,孙益哲.基于M i d a sG T S软件对某基坑支护的数值模拟分析[J].吉林建筑大学学报,2021,38(1):21-26.[3]王卫东,王浩然,徐中华.上海地区基坑开挖数值分析中土体H S-S m a l l模型参数的研究[J].岩土力学,2013,34(6):1766-1774.[4]刘国彬,王卫东.基坑工程手册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2009.[5]孙超,徐成杰.基坑开挖对周边环境的影响[J].吉林大学学报(地球科学版),2019,49(6):1698-1705.[6]尹骥.小应变硬化土模型在上海地区深基坑工程中的应用[J].岩土工程学报,2010,32(1):166-172.[7]叶任寒,单华峰,王显椿,等.软土地区深基坑开挖变形监测[J].地下空间与工程学报,2016,12(z1):306-311.[8]楼春晖,夏唐代,刘念武.软土地区基坑对周边环境影响空间效应分析[J].岩土工程学报,2019,41(增刊1):249-252. (上接第120页)5结语在全球原油㊁石料资源日趋紧张的今天,推动高掺量R A P厂拌热再生技术发展,实现废旧材料重复利用,对节能减排㊁保护环境具有重要的战略意义㊂论文结合武黄高速公路路面专项养护工程,对环氧沥青作为再生胶结料在厂拌热再生中的应用情况进行详细介绍,该技术能够实现废旧料100%利用,再生后混合料综合路用性能优异,施工工艺流程简单,具有良好的推广应用前景㊂参考文献[1]黄伯承.40%掺量R A P厂拌热再生沥青混合料设计及路用性能[J].贵州大学学报(自然科学版),2021,38(6):109-114.[2]‘中国公路学报“编辑部.中国道路工程学术研究综述㊃2013[J].中国公路学报,2013,26(3):1-36.[3]于华洋,马涛,王大为,等.中国路面工程学术研究综述㊃2020[J].中国公路学报,2020,33(10):1-66.[4]钟瑜.旧料高掺量厂拌热再生沥青混合料A C16应用探索[A].中国公路学会养护与管理分会第十届学术年会论文集[C].北京:中国公路学会养护及管理分会,2020:178-184.[5]万智勇.厂拌热再生沥青路面施工技术研究[J].中国公路,2018(5):104-105.[6]徐金枝,郝培文,郭晓刚,等.厂拌热再生沥青混合料组成设计方法综述[J].中国公路学报,2021,34(10):72-88.[7]薛明亮,徐紫祎,张红兵,等.厂拌热再生沥青混合料研究与应用进展[J].青海交通科技,2021,33(2):38-41.[8]马辉,茅荃,李宁.沥青路面厂拌热再生R A P料掺量影响因素分析[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2020,39(9):97-104.921。

福州某软土地区深基坑开挖对周围建筑物影响的三维有限元分析陈林靖;余其凤;戴自航【摘要】In this paper,the ABAQUS software and secondary development of nonlinear elastic Duncan -Chang’s model were used to establish the whole 3D finite element model of soft soils under excavation in Fuzhou city using 3D solid elements,shell elements and beam elements which considered contact interaction.The Dun-can -Chang constitutive model parameters attained by K0 consolidation sample were applied to simulate the con-struction process of excavation using total stress analysis method.It shows that the spatial effect of excavation en-gineering is evident and the estimated results of this model are in good agreement with the field measurements. But the calculation solutions with m method which is suggested by the current technical code cannot match exact-ly.Then the influence of the excavation on surrounding buildings is analyzed with the 3D finite element model. Therefore,it can reveal the influence law and provide theoretical basis to the supporting design of the surrounding buildings under excavation.%运用 ABAQUS 软件和二次开发的非线性弹性邓肯－张模型按照三维实体单元、壳单元、梁单元考虑接触相互作用的耦合有限元法，建立福州一典型软土基坑工程整体三维有限元分析模型，采用室内K0固结试样的邓肯－张参数，按总应力分析法对基坑开挖施工过程进行了数值模拟，研究结果表明：基坑的空间效应明显，较之规范建议“m”法，与现场实测值吻合良好。