基坑开挖对周边建筑物的影响分析 [复制链接]

各土层物理力学指标见表1、2，表中层厚按照钻孔ZK22的土层分界取值

表1  土层物理指标
Table 1  Parameters of soil layer
土层    层厚
/m    重度
/kN/m3    干重度
/kN/m3    空隙比
    渗透系数（估计）
/cm/s
①填土    1.0    18.0    14.0    1.0    1.0E-6
②粉土夹粉质粘土    6.1    18.5    14.1    0.91    1.0E-5
③粉土    4.4    19.1    14.9    0.785    1.0E-4
④粉质粘土    2.9    19.4    15.6    0.717    1.0E-6
⑤粉土    2.3    19.5    15.6    0.694    1.0E-4
⑥粉质粘土    3.3    19.8    15.8    0.697    1.0E-6

表2  土层的力学指标
Table 2  Parameters of soil layer
土层    内聚力
/kPa    内摩擦角/Deg.     压缩模量
/Mpa    变形模量（修正）
/Mpa
①填土    10(10)    10(25)    5.0    5.0
②粉土夹粉质粘土    49(40)    8.6(27)    6.4    17.1
③粉土    6(6)    40.4(40.4)    12.52    42.5
④粉质粘土    35(30)    17.9(30)    6.5    24.7
⑤粉土    6(*)    40.0(*)    21.85    89.3
⑥粉质粘土    38(30)    10.5(25)    6.30    28.2

平面尺寸，基坑示意

各个计算工况如下表所示：
表3  施工工况
Table 3  construction stage
工况    模拟内容    模拟工期
/day    开挖深度
/m    水位（地表以下）
/m    附注
Stage 0    初始应力计算        0    1.0    5层建筑附加应力计入初始应力
Stage 1    打设灌注桩，防渗帷幕    0～2    0    1.0    只进行弹塑性计算，采用虚拟时间
Stage 2    预降水    2～14    0    8.1    预降水至坑底以下1.0m；
简图省略
Stage 3    开挖第一层土体    14～34    2.0    8.1    20天
Stage 4    打设第一道锚杆，施加预应力    34～35    2.0    8.1    1天；
预应力140kN，折合钢筋应力约130Mpa
Stage 5    开挖第二层土体    35～55    5.0    8.1    20天
Stage 6    打设第二道锚杆，施加预应力    55～56    5.0    8.1    1天；
预应力140kN，折合钢筋应力约130Mpa
Stage 7    开挖至坑底    56～76            20天
Stage 8    施工底板    76～90            14天；
简图省略

有限元计算模型

降水两周后

基坑开挖完毕，80ｄａｙ后计算结果

开挖完毕，80ｄａｙ后

开挖完毕，80ｄａｙ后

基坑边建筑物基础底板的沉降和倾斜值随开挖时间的变化，如下表所示：
表4  基础沉降值
Table 4  settlement of the foundation of the nearby building
时间
/day    近基坑侧沉降
/m    远离基坑侧位移
/m    差异沉降
/m    倾斜度
10    0.0121105    0.0101227    0.0019878    0.00016565
20    0.0125408    0.0107884    0.0017524    0.000146033
30    0.018729    0.0154397    0.0032893    0.000274108
40    0.0181869    0.0150955    0.0030914    0.000257617
50    0.0230468    0.0199311    0.0031157    0.000259642
60    0.0228651    0.0198243    0.0030408    0.0002534
70    0.0287636    0.0243941    0.0043695    0.000364125
80    0.0286315    0.024293    0.0043385    0.000361542

强度折减法计算稳定性
ＦＳ＝1.54

图片可以点击放大，基本可以看清。
采用zsoil2D进行流固耦合分析即坑开挖对建筑物的影响。

与规范方法的比较：

由有限元计算结果可知，基坑开挖后基坑槽壁位移（水平）约为3.0cm，约为开挖深度的0.42%；坑底隆起为2.80cm，约为开挖深度的0.39%。根据工程经验，该比例属于正常范围之内。周边建筑物基础板沉降最大值约2.86cm，差异沉降最大值仅为0.43cm，最大倾斜值约为0.000364125，即千分之0.036，远小于规范的允许值。
围护桩的最大弯矩最大约150kN•m/m，比规范方法（水土分算）计算结果190 kN•m/m，这是由于有限元方法可考虑土－结构共同作用的缘故。对于直径600间距1.0m的灌注桩承担150kN•m/m左右的弯矩，具有足够的强度和刚度。锚杆轴力最大约为140kN，比较接近按照规范方法计算的值，这主要是由于本项目锚杆轴力收预应力大小控制。
的计算结果为支撑的轴力最大313.16kN /m，该值比规范方法计算结果249.7 kN /m稍大。在对支撑系统的计算时按照大值设计，且对于支撑体系来说控制因素是体系的刚度而非强度，因此支撑体系有足够的安全储备。
    全局（整体）稳定系数为1.54，略小于规范计算的1.76值，应该说采用有限元方法计算的结果考虑了土－结构－渗流共同作用，结果更加符合实际。稳定系数较大，符合工程安全的要求。
    综上所述，本基坑采用了灌注桩＋两排预应力锚杆＋防渗帷幕的方案，可以保证基坑开挖的稳定性，且对周边环境的影响较小。