软土地区地铁基坑变形理论计算、数值模拟与实际监测的对比分析

软土地区地铁基坑变形理论计算、数值模拟与实际监测的对比分析

刘妮

刘妮

上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司天津分公司天津300000

关键词：基坑变形；理论计算；数值模拟；实际检测

0引言

天津市滨海新区是软土地区，地质条件较差，随着天津市滨海新区轨道交通建设的全面开工，深基坑开挖过程中理论计算、数值模拟与实际监测的结果存在一定的差异。本文以滨海新区B1线第九大街站基坑工程为研究对象，通过对比理论计算、数值模拟与实际监测的结果，分析影响基坑变形的原因，为今后天津市滨海新区地铁基坑设计提供参考。

1工程实例

1.1工程概况

第九大街站位于西中环快速路西侧，横跨规划智祥道呈南北向布置。该站为地下两层岛式车站，结构形式为双柱三跨明挖结构，车站总长度225m，标准段宽度为21.1m，基坑深度约17.51m，坑底位于⑦层粉质黏土；端头井宽26.6m，基坑深19.38m，坑底位于⑦层粉质黏土；围护结构采用800mm厚地下连续墙，墙深32m。支撑采用一道800×800钢筋混凝土支撑及三道∅800（t=16）钢支撑。车站横剖面图如图1-1所示。

图1-1车站横剖面简图

1.2地质条件

根据勘察资料，本工程涉及土层为：①2层素填土、④1层黏土、⑥2-1层淤泥、⑥2-2层粉砂、⑦层粉质黏土、⑧2层黏质粉土、⑨1层粉质黏土、⑩1层粉质黏土、⑩2层粉砂。

2理论计算

2.1理论公式

围护墙的基本方程：

图2-1计算简图

式中：

M―桩身弯矩；ρ―曲率；z―深度；

EI―围护墙抗弯刚度，E为墙体材料的弹性模量，I截面惯性矩；

2.2计算参数

（1）土层参数如表2-1所示：

2.3计算

建立模型如图2-2所示（地面超载取20kPa）。采用同济启明星深基坑分析软件进行计算，得到地下连续墙的位移包络图如图2-1所示。经分析，基坑开挖过程中，地下连续墙水平变形在开挖范围内沿深度方向增大，在地面以下10～15m范围内产生最大水平位移（22.7mm），开挖面以下地下连续墙水平位移随深度增加而减小。

3.数值模拟计算

采用PLAXIS有限元分析软件对基坑开挖产生的变形进行数值模拟。

3.1计算模型及参数

根据设计，地下连续墙混凝土强度等级为C30，主体结构混凝土强度等级为C35，柱混凝土强度等级为C50；Ⅰ级钢钢筋fy=fy’=270MPa，Ⅲ级钢钢筋fy=fy’=360Mpa。其余各材料计算参数如表3-1所示。

根据圣维南原理，取土层边界宽130m，深50m。并假定模型左、右边界水平向无变形，下边界任意方向的变形为零。建立模型如图3-1所示。

3.2计算结果

由计算结果可知，基坑开挖时，地下连续墙水平变形在开挖范围内沿深度方向增大，在地面以下13m处最大，最大水平位移为29.57mm，开挖面以下地下连续墙水平位移随深度增加而减小。

4实际监测结果

根据现场实测结果，通过对墙体水平位移监测点的变形结果分析发现，地连墙水平位移随基坑开挖持续增大，并在开挖范围内沿深度方向增大，在地面以下13～15m范围内产生最大水平位移，最大变形约为38.63mm，开挖面以下地下连续墙水平变形沿深度方向减小。

图4-1墙体水平位移-墙深-时间关系图

5结论

经过对基坑开挖过程中理论计算、数值模拟及实际监测的结果对比分析可见：（1）各方法得出的围护结构变形规律基本一致，变形曲线均呈“弓”形，最大变形出现在基坑开挖面以上，地面以下13～15m范围内。说明用理论分析及有限元数值模拟的分析方法与工程实际拟合较好。

（2）理论分析及数值模拟的分析方法较实际监测结果偏小，偏于不安全，在实际使用过程中应予以修正。分析原因为：①滨海新区地质条件较差，尤其是⑥2-1层淤泥为主、⑥2-4层淤泥质黏土对基坑变形影响较大，因此计算时采取直剪快剪指标更加准确，并应对地质参数进行适当折减。②基坑开挖时支撑安装及时性对基坑变形影响较大。

参考文献：

[1]吴国三.岩土工程数值模拟方法的发展_吴国三[J].科技信息，2009（30）：708-709.

[2]刘熙嫒．基坑开挖过程的试验与数值模拟及土的微观结构研究：（博士学位论文）．天津：天津大学，2003．