张颢缤 赵延林

(黑龙江科技大学建筑工程学院，黑龙江哈尔滨 150027)

0 引言

在城市环境中进行深基坑工程的施工，必然会对基坑周边土体的应力场和位移场产生扰动，从而引起紧邻建筑物或道路产生沉降变形，如果处理不当，就会引发工程事故［1］。在深基坑工程中，内支撑与土层预应力锚杆是控制基坑变形的两种有效措施［2］，文中应用弹塑性大变形理论与有限差分理论，对地下连续墙加内支撑与地下连续墙加锚杆两种支护形式下基坑开挖引起的周边建筑物沉降变形进行了对比分析。

1 数值模拟方案

1.1 基坑支护方案

模拟基坑长120.00 m，宽78.00 m，设计开挖深度为17.00 m。距基坑边缘8.5 m处有一栋地上10层、地下1层的高层建筑，地上部分层高为3.0 m，地下部分层高为4.0 m，结构形式为框架结构，基础为筏板基础。

基坑拟采用地下连续墙加内支撑与地下连续墙加锚杆两种支护方案。地下连续墙厚800 mm，总高度为30 m，混凝土为C30，钢筋采用二级钢筋。

锚杆与内支撑的设计参数如表1，表2所示。

表1 内支撑的设计参数

表2 锚杆的设计参数

1.2 数值模拟模型

选取计算土体长度为105 m，厚度为40 m，选择较大的边界，主要是为了减小边界条件对计算结果的影响。土体应用Mohr-Coulomb屈服准则，数值模拟模型如图1，图2所示，图中建筑物基础的左下角点与右下角点分别为建筑物沉降变形的监测点1与监测点2。

1.3 数值模拟方案

整个数值计算过程与实际施工过程完全一致，具体步骤如下:

1)对没有建筑物和基坑的土体进行重力作用下的平衡计算，获得土体的初始应力状态;

2)模拟开挖近邻建筑物的基坑，建立建筑物的模型，进行建筑物自重作用下的平衡计算，以获得基坑施工前的土体应力状态;

3)模拟地下连续墙的施工，并进行计算，得到基坑开挖前的土体应力状态;

4)土体位移矢量与速度矢量的初始化;

5)基坑开挖分9步进行，前8步每步开挖2 m，第9步开挖1 m，最终开挖深度为17 m，开挖过程中，在相应的标高位置施工内支撑或锚杆。

图1 地下连续墙加内支撑数值模拟模型

图2 地下连续墙加锚杆数值模拟模型

2 数值模拟结果分析

图3～图8是基坑周边建筑物沉降变形监测点1，2的沉降量对比曲线。从图中可以看到，建筑物的沉降量随基坑开挖深度的增加而增加，随内支撑(或锚杆)层数的增加而减小。由于监测点1距基坑边缘较近，其沉降变形量受基坑开挖及基坑周边土体位移的影响较大［3］，因此，监测点1的沉降位移呈现增加—减小—增加的特点。由于监测点2距基坑边缘较远，其沉降变形量受基坑开挖及基坑周边土体位移的影响率发生了较大的衰减，故监测点2的沉降位移只呈现单一增加的特点［4］。

图3 一道支撑（或锚杆）时1点沉降曲线

同时，从图3～图8中还可以看到，对于监测点1，在第5步开挖结束以前，两种支护形式下的沉降曲线基本重合，从第6步开挖开始，1点的沉降出现了较大的差异;对于建筑物的2点，在第6步开挖结束以前，两种支护形式下的沉降曲线基本重合，从第7步开挖开始，2点的沉降出现了较大的差异。而且两种支护形式下建筑物的最终沉降量相差很大，为了便于分析，把监测点1，2的最终沉降变形量汇总，如表3，表4所示。

图4 一道支撑（或锚杆）时2点沉降曲线

图5 二道支撑（或锚杆）时1点沉降曲线

图6 二道支撑（或锚杆）时2点沉降量曲线

图7 三道支撑（或锚杆）时1点沉降曲线

由表3与表4可知，采用地下连续墙加一道内支撑时，建筑物1，2点的最终沉降分别为采用地下连续墙加一道锚杆时的42%和54%;采用地下连续墙加二道内支撑(或锚杆)支护时，该数据为22.6%和47.5%;采用地下连续墙加三道内支撑(或锚杆)支护时，该数据为25%和46%。

图8 三道支撑（或锚杆）时2点沉降曲线

表3 两种支护形式下监测点1的沉降量对比表 mm

表4 两种支护形式下监测点2的沉降量对比表 mm

以常规设计(地下连续墙加两道或三道内支撑或锚杆)为例，采用地下连续墙加内支撑的支护形式可使基坑近邻建筑物的沉降变形相对于地下连续墙加锚杆的情况减小70%～80%。

3 结语

1)建筑物的沉降量随基坑开挖深度的增加而增加，随内支撑(或锚杆)层数的增加而减小;2)由于监测点1距基坑边缘较近，其沉降变形量受基坑开挖及基坑周边土体位移的影响较大，因此，监测点1的沉降位移呈现增加—减小—增加的特点;3)采用内支撑或土层预应力锚杆与其他支护结构相结合的支护形式，可有效减小基坑支护结构及周边建筑物的沉降变形;4)内支撑在控制基坑变形方面的作用远大于土层预应力锚杆。因此，当工程要求对周边环境变形控制较严格，或在软土地区进行城市深基坑施工时，应首选内支撑与其他支护结构相结合的复合支护形式。

［1］刘国彬，王卫东.基坑工程手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009:756-762.

［2］夏明耀，曽进伦.地下工程设计施工手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2002:709-716.

［3］赵延林，张春玉，姜封国，等.深基坑开挖对周边地表沉降变形的影响［J］.黑龙江科技学院学报，2009，19(2):97-100.

［4］李志伟.软土地区深基坑开挖对邻近建筑物影响的三维有限元分析［D］.天津:天津大学，2011.

［5］郭 超，陈 超.地铁深基坑开挖对周边地表及建筑物的影响［J］.山西建筑，2012，38(7):63-64.