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摘要：本文以某地铁明挖风亭的基坑工程为背景，利用FLAC3D数值模拟软件建立风亭基坑支护变形沉降的数值计算模型，对比实际工程监测结果发现，数值计算结果吻合度高，在此基础上，改变桩径与桩间距、桩长、支撑水平间距、支撑竖向间距等关键支护参数，分析支护参数对围护结构变形与地表沉降的影响规律，提出优化支护方案。研究表明：依托工程理想围护结构桩为直径0.8m间距1.1m的钻孔灌注桩，桩长为23m-25m，支撑水平间距为4m，并且应合理布置支撑竖向间距。
关键词: 基坑支护；数值模拟；风亭基坑
本文以某地明挖车站的基坑工程为研究背景，针对黄土地区深基坑支护的变形沉降特征建立的FLAC3D数值计算模型，与实际工程监测结果进行对比，在此基础上分析桩径与桩间距、桩长、支撑水平间距、支撑竖向间距等关键因素对基坑变形沉降的影响规律，进而提出基坑支护优化设计方案。
1 地铁风亭基坑工程概况
某地铁明挖风亭的基坑标准段宽22.4m，深17.6m。基坑围护结构设计为钻孔灌注桩+内支撑方案，其中，钻孔灌注桩径φ=1000mm，间距@=1200mm，长度L=24500mm；内支撑为φ600mm×14mm钢支撑，水平间距为3000mm，竖向间距为5000mm，即由上至下3道支撑，分别位于地下-0.6m、-5.6 m和-10.6m位置。基坑一侧有一六层住宅楼，场地范围内地层包括人工素填土、粘土、卵石土以及粉质黏土等，各土层参数如下表所示。
2 基坑支护方案设计
图2 基坑支护桩体的水平位移分布曲线
可以看出，基坑开挖后钻孔灌注桩水平最大位移约为13.2mm，出现在靠近基底的位置，由最大位置往桩两端，桩体水平位移逐渐减小，即桩体在基坑开挖后呈现“弓形”变形。对比实际监测数据可知，本文数值模拟得出的桩体最大变形和出现位置，以及桩体沿桩深方向的变形分布规律均与实际监测结果一致，说明本文模拟采用的相关数据是较为准确的。
3.2 基坑支护方案优化分析
3.2.1 桩径与桩间距优化设计分析：随着桩径和桩间距的变化，基坑单位面积上的围护结构刚度也在不断发生变化，当桩径 越大或桩间距越小，围护结构的整体刚度就越大，相应地基坑围护结构变形与地表沉降也就很小。随着围护结构刚度的增大，桩体水平位移在桩深-10m以上变化很小，而在桩深-10m以下则逐渐减小，这主要是因为随着基坑的向下开挖，桩后主动土压力逐渐增大并主要集中在-10m以下位置，而-10m以下却只布置一道钢支撑，难以有效约束该范围内桩体产生的水平位移。因此，选择风亭基坑两侧桩径和桩间距时，因考虑钢支撑的布置位置，并使支护桩的刚度与支撑的刚度保持在一定的比例量级，才能很好的协调支护结构的变形。由桩体和地表沉降随桩径和桩间距的变化幅度大小上看，风亭基坑的围护结构桩选择直径0.8m间距1.1m的钻孔灌注桩就能够有效限制基坑周边土体的变形。
3.2.2 桩长优化设计分析：当桩长为18m时，桩入土深度约为2m，此时坑底下的土体难以约束住桩体向坑内产生的变形，导致桩底发生踢脚破坏，引起基坑失稳。当桩长为23m时，桩入土深度约为6m，此时桩体在坑底下的变形虽然相对较大，但能够保持稳定，不会发生失稳。当桩长大于23m时，随着桩长的增加，围护桩体的水平位移逐渐减小（尤其是开挖面附近的位置），但是当桩入土深度满足结构稳定性要求后，此时再增大桩长，对桩体位移和地表沉降影响很小。从计算结果上看，本文依托工程桩长取23m-28m比较合适。
4 结论
本文针对地铁风亭基坑支护的设计，通过建立FLAC3D数值计算模型，对工基坑沉降进行数值模拟，计算结果与实际监测结果较为吻合，在此基础上分析了桩径与桩间距、桩长、支撑水平间距对基坑变形沉降的影响规律，并提出了优化的设计方案，主要结论如下：
（1）桩径的增大和桩间距的减小可以提高围护结构的整体刚度，减小基坑围护结构变形与地表 沉降。桩体水平位移在桩深-10m以上变化很小，而在桩深-10m以下则逐渐减小，依托工程围护结 构桩选择直径0.8m 间距1.2m的钻孔灌注桩；
（2）本工程中桩长小于等于18m时，出现基坑失稳；桩长大于28m时，随着桩长的增加，围护桩体的水平位移逐渐减小。建议选用23m-28m桩长；
（3）整个桩体水平位移和地表沉降随支撑水平间距的增大而增大，支撑水平间距每增大约1m， 围护桩体位移就增长约2mm，而地表沉降增大约0.5mm。为保证基坑安全和减小工程造价，可以选择支撑水平间距为 4-5m。
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论文作者:马池华,林彦军
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/25
标签：基坑论文; 间距论文; 水平论文; 位移论文; 结构论文; 数值论文; 刚度论文; 《防护工程》2019年第6期论文;