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近年来,随着高层建筑的日益增多,地下空间的开发利用向大型化,深层化方向发展。随之产生了大量的深基坑支护设计与施工问题,并成为当前基础工程的热点与难点,而深基坑开挖则是首当其冲的问题。深基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全与稳定,而且要有效控制基坑周围地层变形以保护周围环境。然而,在深基坑施工过程中,基坑开挖及围护结构设计的影响因素众多,难度较大,往往引发工程事故,造成重大经济损失。因此,深入探究诸多因素对基坑变形及基坑稳定性的影响机理具有重要的工程意义和实际价值。
首先在总结武汉市深基坑变形研究的经验基础上,结合武汉菱角湖万达广场深基坑实例,着重研究模型基坑开挖的有限元模型应用。文章主要采用平面二维有限元模型进行基坑受力分析。在数值模拟过程中,采用弹塑性修正剑桥模型来模拟土体的力学性质,采用摩擦单元来模拟桩土之间的相互作用,并模拟基坑的分布开挖过程,得到了土体和支护结构随着基坑开挖和受力变化规律,从而为设计和信息化施工提供可靠的依据。运用ABAQUS非线性有限元软件计算分析了开挖过程中桩的水平位移、地表沉降、桩后土体位移和基底回弹四部分主要变形。
其次,总结了修正剑桥模型中自定义的参数,并对改变参数值得到的不同结果进行比较,分析了修正剑桥模型各参数对基坑变形的影响,同时也证明了本次计算中选取的参数是能满足计算要求的。再以同样的方式定量分析常见的土体力学参数、围护结构设计参数与施工超载对基坑变形的影响。
第三、将已有模型中进行修改,加入了被动区加固体再次分析。分析中考虑被动区加固施工对土体的扰动作用,根据对土体参数对计算结果的影响分析,假设扰动土体的弹性模量比原先大幅减小。再将扰动土体加约束后带入模型分析,对初始应力场有微小的影响,使计算的结果更加合理、可信。根据有限元模型计算结果分析得出结论被动区加固的主要作用是减小坑底回弹量,对支护桩的水平位移也有一定的限制作用。
第四、在定量计算分析的基础上,根据各个因素对基坑变形的影响规律,重点定量分析了几大影响基坑变形的主要因素对于基坑变形的敏感程度,总结了各个因素对基坑变形影响的大小和规律。最后通过敏感性分析和综合比较的方法整理了影响基坑变形的主要因素和次要因素;同时得到的各个因素对基坑变形的影响规律,为下一步基坑变形的控制方法与措施指明了方向和奠定了基础。
最后,从技术和经济的角度出发,区别对待主要因素和次要因素,进一步总结了控制基坑变形的措施与方法。然后从方案设计角度、现场施工角度和研究方法三个方面阐述了笔者对基坑变形控制的看法与结论。针对万达广场深基坑工程提出,可以通过开挖前提前一段时间适当开启降水井、开挖后疏导上层滞水,使整个淤泥质粉质粘土层充分固结,可以提高土体的力学性能,以利于坑内被动区土体抗力的发挥和减少底部开挖面的隆起。