唐 铃，刘 娟，宗 丽

(四川省冶勘设计集团有限公司，成都 610000)

1 概 述

随着社会经济的快速发展，我国城市化进程呈现加速发展的趋势，城市人口愈来愈多，城市可用土地资源愈加紧张。因此，越来越多的高层建筑出现，并且建筑变得更加的密集，这就导致了基坑工程向着更深、面积更大的方向发展，基坑工程也变得愈加的复杂。深基坑工程的施工会给周边环境及周边构建筑物带来严重的影响，甚至危害其安全，这给基坑围护结构的设计带来巨大的挑战。

众多科研工作者对基坑开挖工程问题进行了一系列的研究，并取得了丰硕的科研成果[1-3]。李淑等[4-5]基于北京某地铁车站基坑工程，利用有限元软件建立三维耦合模型，对基坑施工过程进行模拟，获得周边地表的变形、支护结构的内力和变形，总结了深基坑工程施工对周边环境的影响规律。周大勇[6]基于天津某高层建筑的深基坑工程，通过对周边建筑和地表的监测，获得了周边地表和建筑物的变形规律，进一步结合数值模拟手段，通过对基坑支护结构的内力和变形分析，研究了敏感参数的影响。孙钧[7]基于某实际基坑工程，研究地下连续墙支护对周边环境的影响，并提出了预防措施。国外学者也对基坑工程施工对周边构建筑及环境的影响做了大量的研究[8-10]。本文基于某基坑工程，对地下连续墙支护效果进行研究，所得结论对于今后类似工程具有重要的参考和借鉴价值。

2 工程概况

某拟建大型商业中心周边建筑物较多，环境复杂。工程总建造面积273 262 m2，地下室面积24 701 m2，该高层建筑集办公用房、会展中心、酒店、会议等功能，地下共5层。本工程基坑深度为17.1 m，基坑工程采用地下连续墙+内支撑的支护结构，地连墙深度约28 m，共4层内支撑。

该高层建筑基坑所处地层主要为黏土、粉质黏土、粉土、砂性土。地质纵断面见图1，各土层岩性特征见表1。

表1 土体物理力学参数

3 深基坑的数值模型

3.1 有限元模型的建立

图2为模型示意图及网格划分图。模型整体尺寸为300 m×150 m×50 m。基坑深度为17 m，基坑支护采用地下连续墙+内支撑联合支护，从基坑顶部起分别在1.4、5、8和12.7 m共设置4道。

图2 模型示意图及网格划分图

3.2 计算参数

根据当地勘探报告，土体取值见表1。地下连续墙和内支撑参数取值见表2。

表2 围护结构参数

3.3 模拟过程

数值模拟过程严格按照实际工程设置，具体施工步见表3。

表3 具体施工步

4 计算结果分析

图3为基坑开挖后竖向位移云图。从图3中可以看出，边坡的位移场符合一般规律，表明计算参数、计算边界条件、施工步骤的设计较为合理，为后续计算获得合理结果奠定了基础。

图3 基坑开挖后竖向位移云图

4.1 地下连续墙厚度的影响

本节研究不同地下连续墙厚度下基坑施工对支护结构和周边环境的影响。分别建立4种不同地连墙厚度模型，即0.6、0.8、1.0和1.2 m(研究中控制其他变量不变，只改变地连墙厚度)，取基坑长边的中点横断面进行分析。

图4为4种地连墙厚度工况的地连墙水平位移曲线。图4中可以看出，地表处地连墙无变形，其水平位移沿着地连墙的深度迅速增大，在地连墙中部约14 m处变形达到峰值，随后又迅速减小，直至趋于稳定。当地连墙厚度为0.6 m时，其最大水平位移为5.5 cm；当地连墙厚度增大至0.8、1.0和1.2 m时，其最大水平位移分别减小至4.2、3.5和3.2 cm，较厚度0.6 m工况分别减小24%、37%和42%。可见，地连墙厚度对地连墙自身变形有显著影响。但是随着地连墙厚度的增大，这种影响越来越弱。因此在实际施工时，考虑对施工成本的控制，应合理选择地连墙厚度。

图4 不同地连墙厚度工况的地连墙水平位移曲线

不同地连墙厚度工况下的地表沉降见图5。从图5中可以看出，基坑施工对距离基坑10 m范围内地表土体引起沉降最为显著，随着距离的增大，基坑施工的影响越来越小，当距离基坑超过50 m，基坑施工不会引起地表土体沉降。基坑施工引起的地表最大沉降发生在距离基坑8 m处。当地连墙厚度分别为0.6、0.8、1.0和1.2 m时，最大地表沉降分别为1.9、1.25、0.88和0.65 cm。可见，地表变形与地连墙厚度呈现反相关，即地表变形随着地连墙厚度增大而减小。但随着地连墙厚度增大，这种地表变形减小幅度越来越小。因此，不能一味地增大地连墙厚度，不经济。

图5 不同地连墙厚度工况下的地表沉降曲线

4.2 内支撑刚度的影响

本节研究不同内支撑刚度下基坑施工对支护结构和周边环境的影响。分别建立4种不同刚度模型，即0.5E、1.0E、1.5E和2.0E(研究中控制其他变量不变，只改变内支撑刚度)。同样，取基坑长边的中点横断面进行分析。

图6为不同内支撑刚度下的地连墙水平位移曲线。图6中可以看出，地连墙变形规律与上述规律一致。当内支撑刚度为0.5E、1.0E、1.5E和2.0E时，地连墙最大水平位移分别为6.0、4.2、3.2和2.8 cm。可见，内支撑刚度同样对地连墙变形有显著影响，但是这种影响随着内支撑刚度的增大逐渐减弱。因此在实际施工时，应该合理选择内支撑刚度。

图6 不同内支撑刚度下的地连墙水平位移曲线

不同内支撑刚度下的地表沉降见图7。当内支撑刚度为0.5E、1.0E、1.5E和2.0E时，地连墙最大水平位移分别为2.1、1.25、0.85和0.78 cm。可见，内支撑刚度同样对周边环境有显著影响，且影响随着刚度增大逐渐变小。

图7 不同内支撑刚度下的地表沉降曲线

4.3 数值结果和实测结果对比

图8分别为地连墙水平位移和地表沉降的监测数据与模拟结果的对比结果(地连墙厚度为0.8 m，内支撑刚度1.0E)。由图8中可以看出，实测结果和监测数据结果的变化趋势同样一致。由图8(a)可知，地连墙最大水平位移的数值结果为4.2 cm，监测数据结果为4.4 cm，两者误差在10%以内。由图8(b)可知，地表最大沉降的数值结果为1.25 cm，监测数据结果为1.3 cm，两者误差同样在10%以内，均在合理范围之内。综上所述，对比结果验证了模型的正确性。

图8 监测数据与模拟结果对比

5 结 论

本文采用地连墙围护结构的基坑工程，利用Plaxis 3D有限元软件对施工过程进行模拟，获得了地连墙和地表沉降变形规律，并研究了地连墙厚度和内支撑刚度的影响。同时将监测数据与模拟结果对比。得到以下结论：

1)地连墙水平位移沿着地连墙深度先迅速变大后迅速减小，最大位移发生在地连墙中部约14 m处；地表沉降随着距基坑距离越来越小，且基坑施工对距离基坑10 m范围内地表土体影响最为显著。

2)地连墙和地表变形随着地连墙厚度增大而减小，随着内支撑刚度增大也随之减小。但其影响随着地连墙厚度和内支撑刚度的增大而逐渐减弱。