淺談影響深基坑支護結構內力因素的數值分析

張司亞   常亮

陜西省建筑科學研究院 

中鐵一局集團電務工程有限公司

    引言

    深基坑支護技術是個綜合性的巖土工程難題，既涉及到土力學中典型的強度、穩定和變形問題，還涉及到土與支護結構共同作用問題、技術經濟問題、綠色環保問題等。本文通過實際工程的數值模擬，對深基坑支護結構內力的影響因素進行了分析。

     一、工程地質概況

     湘湖地鐵站屬于杭州地鐵1號線起始站，湘湖站總長932 m，標準段總寬20.5m；本車站主體圍護結構采用800mm的地下連續墻、φ1000mm鉆孔灌注樁加內支撐的圍護結構方案。

     地貌形態主要為丘陵地貌、錢塘江河口沖海積地貌，根據勘察揭露及原位測試和室內試驗成果，各類土的物理力學性質如表1：

表1 土體物理力學性質參數 

    二、數值分析

    1、計算模型

    采用北京理正深基坑支護結構設計軟件進行分析計算，理正軟件主要根據規范中的公式進行計算。

    2、計算結果及分析

    采用原設計參數，分別只改變單一參數（超載，土層Φ值，m值，支撐預應力損失），結構內力變化如下：

      圖2不同超載下的內力值             圖3 內摩擦角對內力的影響

    圖4  2-2土層m值對內力的影響     圖5  4-2土層m值對內力的影響

 圖6  6-1土層m值對內力的影響      圖7  8-2土層m值對內力的影響

    分析圖2~圖7，得出以下結論：

   （1）當超載較小時，在一定范圍內超載大小的改變對支護結構內內幾乎無影響，但隨著超載的增加，基坑內側彎矩大幅線性增加；基坑外側彎矩緩慢增加；剪力值隨超載的增大先是有所減小，而后大幅增大。

   （2）6-1土層為淤泥質粉質粘土，改變其內摩擦角，數值分析結果顯示內摩擦角愈大基坑內側彎矩也愈大，但增大的幅度漸緩和；而基坑外側彎矩隨摩擦角的增大急劇增大，近似指數增長；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m，地基土水平抗力系數的比例系數對支護結構內力的影響：

    a.埋深淺且層厚小的土層，m值的變化對結構內力幾乎無影響。

    b.不同埋深、不同厚度的土層，m值的變化對結構內力影響程度不同。本工程中土層的m增大，基坑內側彎矩小幅增加，而基坑外側彎矩增加；剪力值波動無規則的變化。

    c.對于那些淤泥質土等及軟土（本工程的4-2）土層m值對結構內力影響極大。m值的小幅度增大，就會引起連續墻彎矩急劇減小；剪力大幅度減小。但達到一定的量級后，對支護結構的內力影響變小。

    d.埋深在基坑深度以下的土層，其m值的大小對支護結構內力沒有影響。

    此外，不同道數支撐預應力損失時的內力值如表2所列：

表2 不同道數預應力損失下的內力值

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

    除此之外，土的參數C，土體模量、支撐預應力大小、支撐位置與排列方式、結構剛度、擋墻嵌固深度等因素對支護結構內力均有影響，篇幅所限，對其余的因素暫不討論。

(本文來源：陜西省土木建筑學會   文徑網絡設計項目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯  劉真 文徑 審核)