深基坑开挖对周边环境影响的有限元分析_董月英

1

20083

年第期 西部探矿工程

・岩土工程・

深基坑开挖对周边环境影响的有限元分析

董月英

()

上海岩土工程勘察设计研究院有限公司上海

,200031

摘 要结合上海地区一实际工程采用有限元分析方法对深基坑开挖对周边环境的影响进行理论预

:,

测分析了在已定支护方式情况下的基坑安全性问题。预测结果表明基坑开挖对周边环境的影响均

,:

在控制范围周边建筑物及管线均是安全的并提出了该深度基坑地表沉降的分布规律该预测结果

,;,

可用来指导施工也可为类似工程提供借鉴。

,

关键词深基坑环境安全有限元

:;;

中图分类号 文献标识码 文章编号———

:TU433:A:10045716200803000103

()

随着城市地下空间开发和高层建筑的建设深基坑

,

工程也逐渐增多且其规模和深度也在不断增加由此

,,

引起的环境效应问题也日益增多如基坑开挖引起的周

:

围地表沉陷对邻近建筑物及地下设施带来不利影响

,,

造成邻近建筑物的开裂、倾斜及周边道路和地下管线的

开裂等。深基坑开挖工程对周边环境的影响分析对基

,

坑工程的设计、施工具有一定的指导意义。

[12]

2

由于土体是一种具有多相介质的天然地质体属性

,

比较复杂采用单一的力学分析对深基坑工程对周边环

,

境的影响进行分析具有一定的局限性而借助于数值模

,

拟和实际工程相结合的方法则可以对整体结构进行较

,

为系统的研究。有限元法为深基坑的开挖模拟提供

[34]

2

了一种合理的方法它能较全面地反映各种因素对支护

,

体系及周围土体应力和变形的影响并估算周围建筑

,

物、地下管线的变形。本文主要采用二维有限元分析方

法对上海地区某深基坑工程施工过程中周边土体的变

形情况进行研究为类似工程提供借鉴。

,

1

工程概况

某基坑工程位于上海长宁区基坑开挖深度

,

11.3m,105m60m,2,

基坑规模×地下设置层基坑周

边环境复杂基坑南北两侧邻近道路道路下依次分布

:,

有信息、配水、供电、煤气等管线另外西侧南部约

,,

4.6m4F,,

分布有一砼建筑该建筑为天然地基对变形

控制要求较高。

2

工程地质条件

拟建场地属滨海平原地貌类型地势较平坦局部

,,

分布有浜填土浜填土最深处约浜填土夹植物根

,3.5m,

茎含黑色有机质、腐殖质土质软弱。基坑影响深度范

,,

围内的地基土主要由填土、淤泥质土和粘性土构成具

,

体参数详见表。

1

表 各土层物理力学指标及计算参数

1

土层

①填土

1

①浜填土

2

②粘土

③淤泥质粉质粘土

④淤泥质粘土

⑤粘土

1

⑤粉质粘土

3

层厚

()()()

mkPa

1.49

1.92

1.6818.21418

3.4017.213.513

9.7316.710.513

12.2617.312.015

19.2617.919.020

重度

()

kN/m

3

φ

°

c

基坑围护方案

结合上海地区工程经验、场地工程地质条件及周边

环境条件本基坑工程的围护型式如下

,:

止水体系本场地浅部第③层夹粉性土且基坑深

:,

度较大为保证隔水效果基坑四周主要采用双排双头

,,

搅拌桩󰂡搅拌桩进行隔水桩端入土深度

700@1000,

18m,18m,13%

有效桩长水泥掺入量。

挡土体系采用󰂡钻孔灌注桩桩端入

:1000@1200;

土深度。灌注桩砼强度等级均为水下。

25.5mC30

另外基坑内设置两道钢筋混凝土支撑第一道支

,,

撑中心线位于地表下第二道支撑中心线位于地表

1m,

下。具体围护型式详见图。

6.5m1

4

基坑开挖对周边环境影响的安全性分析

结合基坑周边环境概况

:

()

12F,

基坑西侧北段角部分布有建筑物该建筑

物距地下室边线最近约基坑西侧南段分布有

7.8m;4F

建筑物该建筑物距地下室边线最近约基坑开挖

,4.6m;

必须保证周边建筑物的安全。基坑南侧及北侧分布

()

2

有地下管线施工过程中应确保该类管线的安全。

,3

()

3

2

西部探矿工程 年第期

20083

基坑东侧分布有建筑该裙房距地下室边线最近本工程采用平面应变有限元法对基坑开挖各施工

-3F,,

约施工过程中应确保建筑物的安全。故根据分流程进行模拟以分析围护结构与土体在各个工况下的

13.3m,,

析需要选取个断面进行计算分析见图。变形情况。

,42

()

图 基坑围护剖面示意图

1

计算中做了如下假定由于基坑围护墙体、支撑

:1

()

的刚度相对上海软土而言大得多因此计算中假定为线

,

弹性体以简化计算计算中不考虑围护墙体与墙后

,;2

()

土体的脱离现象认为土体和墙体始终是协调变形的。

,

4.2

计算模型

()

1:,

计算域及边界条件二维有限元分析时当围护

结构的结构形式、介质条件、荷载分布、施工条件均为对

称时可取对称的一侧作为分析的对象。模型宽度及高

,

度分别取基坑开挖深度的～倍及～倍。计算模

4634

型的上边界为自由边界底边界固定其余各边分别限

,,

制其向基坑方向的变形。

()

2:

单元选择计算过程中土体采用四结点等参单

元围护墙体采用梁单元支撑采用二力杆单元模拟。

,,

4.3

计算参数

()

1:

土体参数计算过程中土体的本构关系采用

Mohr-Coulomb,1

模型具体计算参数如表所示。

()

2:

结构参数围护灌注桩及支撑的材料参数按混

凝土选取截面积、惯性矩等几何参数折算至每延米范

,

围上确定。

4.4

施工工况模拟

参照实际施工工况。

4.5

计算结果分析

计算断面一基坑边地表沉降计算结果如图所示。

3

计算断面二基坑边地表沉降结果如图所示。

4

图 基坑边地表沉降曲线

31

图 计算断面示意图

2

图 基坑边地表沉降曲线

42

4.1

计算基本理论及假定

计算断面三基坑边地表沉降结果如图所示。

5

计算断面四基坑边地表沉降结果如图所示。

6

由基坑边地表沉降曲线可以看出

:

3

20083

年第期 西部探矿工程

图 基坑边地表沉降曲线

53

深基坑开挖对周边环境的影响问题在目前深基坑围

护设计中占有较大比重本文通过有限元方法预测了特

,

定设计方案下基坑施工对周边环境的影响对实际工程

,

有一定的借鉴价值对于本基坑工程预测了基坑开挖的

:,

有效影响范围约为～为基坑开挖深度下

()(

2.53HH,

))(

同基坑开挖引起的地表沉降最大值约为‰～‰

;1.53

H,0.81H

且该最大值一般分布于基坑边～范围。

()

上述结论仅为理论预测结果为保证基坑自身及周

,

边环境安全实际施工中还应注意以下几点

,:

()

1,

若基坑周边环境较复杂为了保证基坑本身和

周围环境的安全基坑施工前应编制详细可行的施工组

,

织设计其中应包括切实可行的应急预案。

,

()

2,

对开挖面积较大基坑在土方开挖和支撑过程

中严格遵循时空效应理论按分层、分区、分块、对撑限

,

时的要求进行施工严格控制挖土、支撑时间以控制基

,,

坑变形、保护环境安全。

()

3

建议施工过程中应对围护结构和周边环境进行

全程施工监控并采取必要的工程措施和管理手段使

,,

基坑施工过程中对环境影响降至最低程度。

参考文献

:

[1],.[J].

刘红岩等深基坑工程开挖安全性的数值分析岩土

图 基坑边地表沉降曲线

64

计算断面一地表最大沉降量距基坑边

:26.01mm,

约基坑开挖的有效影响范围为计算断面

10.5m,38m;

二地表最大沉降量距基坑边基坑开

:25.68mm,11m,

挖的有效影响范围为左右计算断面三地表最大

37m;:

沉降量距基坑边基坑开挖的有效影响

24.73mm,12m,

范围为左右计算断面四地表最大沉降量

40m;:

25.7mm,10.2m,

距基坑边基坑开挖的有效影响范围

为左右。

35m

综合上述结果基坑开挖的有效影响范围约为

,

()

2.53H;

～基坑开挖引起的地表沉降最大值约为

()(

1.5H,0.83

‰且该最大值一般分布于基坑边～～‰

1H

)

范围。

表 计算结果汇总

2

断面一建筑基础邻近基坑点

断面二基坑边

断面三建筑物基础邻近基坑点

断面四建筑物基础邻近基坑点

计算断面竖向沉降

3F25.23

远离基坑点

10m25.67

()

mm

6.78

16.6920m

24.734F

6.39

25.312F

18.84

工程学报2

,2006,28:14411444.

[2],,.

李大勇龚晓南张士乔软土地基深基坑周围地下管线保

护措施的数值模拟岩土工程学报2

[J].,2001,236:736

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740.

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侯永茂等超大型深基坑开挖过程三维有限元分析

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,2006,28:13741377.

[4],.

沈磊等超大深基坑变形特征的数值模拟及其实测分析

[J].,2005,14:538542.

地下空间与工程学报2

()

FEMAnalysisonExcavationAffectionofDeepFoundationEngineering

DONGYueying

2

(

ShanghaiGeotechnicalInvestigations&DesignInstitute,

Shanghai,China

200031

)

基坑边

远离基坑点

远离基坑点

Abstract:BadonthefoundationengineeringofShanghai,The

FEMmethodwasadoptedtoanalyzetheaffectiontothesur

2

roundingsfortheexcavationofdeepfoundationengineering,

withtheplannedsupportstyles.Thecalculatedresultsshowthat

theaffectioncanmeetthedemand,itcanbededucedthatthe

buildingsandpipelinesaroundarebothsafe.Andthedistribu

2

tionsystemforthettlementofthesurroundinggroundhasalso

beenprented.Theresultcanbeudtoconducttheconstruc

2

tion,andalsocanbeudforreferenceforsimilarengineering.

Keywords:deepfoundationpit;Environmentalsafety;FEM

基坑周边地层竖向沉降汇总见表由计算结果汇

2,

总表并结合类似工程经验本工程基坑开挖对周边环

,,

境的影响均控制在规范控制标准内满足对周边环境的

,

保护要求。

5

结论