基于Plaxis的相邻基坑开挖相互影响数值分析

2015-03-18高明尚颜志丰贾银虎

河北工程大学学报(自然科学版) 2015年1期

高明尚，颜志丰，贾银虎

(河北工程大学资源学院，河北邯郸056038)

近年来，随着城市的不断发展，地下工程越来越多，一些复杂大型工程常常会出现两个甚至是多个相邻基坑同期施工的情况。相关方面的分析研究也不断增加。徐伟等［1］结合软土地基临江两相邻深基坑施工监测数据，分析了两基坑同期开挖工程中临近位置维护墙变形、支撑轴力和立柱沉降受到的影响。郭力群等［2］采用HS small(小应变硬化土)土体本构模型，分析了不同基坑间距对坑间土堤沉降、支护桩弯矩和位移的影响。戴佳立等［3］建立了深基坑开挖对周围环境影响的综合评价模型。本文对软土地区采用地下连续墙支护的相邻基坑，运用Plaxis软件模拟分析了不同施工顺序对基坑水平变形的影响。

1 有限元分析

上海外滩33号公共绿地及地下空间项目［4］，位于上海市黄浦区。项目中地下车库分为南、北两块，基坑面积约为4 283 m2，基坑开挖深度为16.635 －18.135 m，两地下室间距为21.4 m，土层情况见表1。

1.1 有限元模型概况

为了便于计算对模型进行了简化。首先建立基坑模型A(左侧)，然后建立紧邻的基坑B(右侧)的模型。两基坑开挖深度均为17.5 m，基坑A宽度为78 m，基坑B宽度为28 m，两基坑间距为21 m。基坑开挖边线距离模型边界为52 m，约为基坑开挖深度的3倍;土层厚度为52 m，约为基坑开挖深度的3倍，此时边界的影响可以基本消除。模型两边垂直边界处限制模型的水平位移为0，模型底部设置水平位移和竖向位移均为0。不考虑地下水的影响。采用地下连续墙进行维护，混凝土强度标号为C30，地连墙深38 m，厚1 m，在地面以下0、2.5、7.9 和12.1 m 处设置4 道支撑。地连墙采用板单元模拟，支撑采用点对点锚杆模拟。划分过网格的二维模型如图1所示。

1.2 本构模型及土层参数

本文采用了软件内置的HS small模型进行模拟。Benz以HS模型为基础，考虑了小应变范围内土体剪切刚度和应变的非线性关系，提出了HS small(Hardening soil small－ strain model)模型［5］。HS small模型的剪切模量计算公式定义如下:

式中G－剪切模量;G0－土体的初始剪切模量;γ－剪切应变;γ0.7－G0衰减为70%时的剪切应变;Gur－卸载和再加载的剪切模量;Eur－卸载和再加载的杨氏模量;νur－卸载和再加载的泊松比。

HS small模型适用于预测基坑开挖的墙体变形、地表沉陷和墙背土体的侧向变形［6］。

在文献［4］所提供参数的基础上，结合文献［6－8］，确定出基坑模型计算所需要的土体的材料力学参数，如表1所示。

1.3 计算工况

在进行工况计算时，考虑到基坑A和B的宽度不同，分别按以下四种情况考虑，(1)单独开挖基坑A;(2)基坑A和B同时开挖;(3)基坑A比基坑B超前1个工况开挖;(4)基坑B比基坑A超前1个工序开挖。每个基坑开挖时，均分为5个工况:工况0，地下连续墙施工;工况1，第一步开挖到3.1 m，同时加第一道支撑;工况2，第二步开挖到9.0 m，同时加第二道支撑;工况3，第三步开挖到14.5 m，同时加第三、四道支撑;工况4，开挖到 17.9 m。

2 结果及分析

2.1 单个基坑开挖情况

当单独开挖基坑A时，由工况1—工况4地下连续墙的水平位移由13.1 mm增大到51.4 mm(如图2中1－4所示)，在工况2时水平位移增加较大，主要原因是由支撑结构提供的支撑力比较小引起的。工况1、2中水平位移在地下连续墙的中部最大，工况4中则是下部水平位移最大。

表1 土层参数表Tab.1 The table of soil parameter

2.2 两个基坑同时开挖情况

当两个基坑同时开挖时，如图2中5－8所示，最大水平位移以及外侧的两个边与单个基坑开挖相差不大，但基坑B的位移要小。两基坑中间土体由于同时受到两侧基坑开挖的影响，与单个基坑有所不同，中上部的地下连续墙位移向土体偏移，并且基坑B地下连续墙0水平位移点要比基坑A更向下，引起上述不同的主要原因是两基坑开挖宽度不同。

2.3 基坑A超前1个工况的情况

基坑A超前开挖的情况如图3中1－5所示，最大水平位移与单个基坑开挖的情况相差不大。由于基坑A超前1个工况开挖，基坑B在地下连续墙施工和第一步开挖时，基坑B位于两基坑中间的地下连续墙整体向基坑A方向偏移，与两基坑同时开挖的情况有所差别。当基坑A开挖完成后，基坑B位于两基坑中间部位的地下连续墙随着基坑B的开挖位移为0的点会向下移动。