【摘要】隨著我國高層建筑地下車庫、地鐵、隧道等市政工程大規(guī)模建設(shè)，我國的基坑支護(hù)技術(shù)也得到很大的發(fā)展。其中軟土地區(qū)由于存在淤泥質(zhì)粘土層和淤泥質(zhì)粉土層，淤泥土強(qiáng)度低，壓縮性大，滲透性差，土層分布不均勻，另外還多有古河道、明暗浜等不良地質(zhì)條件分布，給軟土地區(qū)基坑工程的施工造成了很大的困難，同時(shí)基坑支護(hù)工程造價(jià)也大幅提高。對于面積不大，挖深較淺，地下結(jié)構(gòu)工期較短的工程，可考慮采用SMW工法樁結(jié)合內(nèi)支撐的形式進(jìn)行支護(hù)。
1、工程概況
1.1環(huán)境概況
基坑?xùn)|側(cè)為兩棟已建成3～4層辦公樓，其中東側(cè)北段3F辦公樓有地下一層車庫，距離東側(cè)基坑邊線約為18.10m，基礎(chǔ)采用樁-承臺-筏板基礎(chǔ)，工程樁采用預(yù)制鋼筋混凝土方樁，有效樁長為22.5～24.0m。東側(cè)南段為4F辦公樓，無地下室，該辦公樓與東側(cè)基坑邊線的最近距離約為12.5m，辦公樓采用預(yù)制鋼筋混凝土方樁基礎(chǔ)，其中工程樁為250mm×250mm方樁，有效樁長24m；基坑南側(cè)為自來水公司，自來水公司與基坑中間道路下有直徑900mm的原水管，原水管埋深約2.50m左右，原水管距離南側(cè)基坑邊線約9.3m；基坑西側(cè)有一個(gè)地面停車場，停車場下有兩條原水管，距離西側(cè)基坑最近的原水管到西側(cè)基坑邊線的距離約為16.1m，北側(cè)紅線外為市政道路，道路下有雨水管、燃?xì)夤?、給水管和地埋電纜等多條市政管線經(jīng)過，且最近的光纜線與地下室邊線的最近距離約為4.4m?；优c周邊環(huán)境關(guān)系見圖1。
1.2地質(zhì)水文概況
某工程基坑，場地地勢平坦，地貌類型屬湖沼Ⅰ-2區(qū)平原地貌。地基土主要由淺層填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土和粉砂等構(gòu)成。工程場地淺層地下水主要為孔隙潛水，其主要賦存在①、②、③、④層土中。場地內(nèi)靜止地下水埋深1.70～2.10m。地下水位變化主要受大氣降水、地面蒸發(fā)控制。場地土層主要物理力學(xué)參數(shù)見表1。
1.3基坑概況
本工程基坑面積約為3900m2，總延長米約為260m?；悠毡閰^(qū)域基坑開挖深度為5.15m，承臺區(qū)域挖深為6.05m。基坑安全等級為三級，環(huán)境保護(hù)等級普遍側(cè)為三級，北側(cè)為二級。
2、方案設(shè)計(jì)
2.1方案選型
由于基坑周邊分布有多條市政管線，尤其是北側(cè)管線較多，且與基坑的距離較近，基坑?xùn)|側(cè)有兩棟辦公樓，且距離基坑較近，北側(cè)管線和東側(cè)辦公樓是本工程重點(diǎn)保護(hù)對象。在考慮工程造價(jià)、工期、施工操作的同時(shí)，需要嚴(yán)格控制基坑與地下室施工過程中產(chǎn)生的變形，降低對周邊道路、管線、建筑物的影響，確保整個(gè)工程順利實(shí)施。
綜合以上因素，本基坑宜選用控制基坑變形效果較好的板式支護(hù)體系，其中SMW工法樁結(jié)合鋼管支撐的圍護(hù)體系對于本工程基坑，無論從經(jīng)濟(jì)性上，還是從節(jié)約工期的角度都明顯優(yōu)于灌注樁結(jié)合混凝土支撐的圍護(hù)體系。故本工程支護(hù)方案采用SMW工法樁結(jié)合一道鋼管支撐。
2.2圍護(hù)體系
地庫區(qū)域圍護(hù)體系采用？650@450三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插H500×300×11×18@900型鋼。其中，普遍側(cè)型鋼采用“插一跳一”的布置形式，型鋼有效樁長12.0m，承臺側(cè)和集水坑側(cè)采用“插二挑一”的布置形式，型鋼有效長度13.5m。南側(cè)汽車坡道采用重力壩的形式進(jìn)行圍護(hù)，東側(cè)連通道采用拉森鋼板樁結(jié)合型鋼支撐的形式進(jìn)行圍護(hù)。
2.3支撐體系
基坑設(shè)置一道φ609×16鋼管支撐，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的壓頂梁兼作鋼支撐圍檁。鋼管連接處采用十字接頭連接，端部設(shè)置可施加預(yù)應(yīng)力的活絡(luò)頭子。十字對撐間距為9.50m，并在基坑角部設(shè)置角撐。
3、有限元分析
3.1分析模型
采用限元分析軟件Plaxis進(jìn)行基坑開挖過程的有限元數(shù)值模擬。取基坑的典型剖面進(jìn)行彈塑性有限元計(jì)算，預(yù)測基坑開挖卸載的變形。有限元數(shù)值計(jì)算中，土體采用Hardening-Soil（簡稱HS模型）高級土體彈塑性模型，該模型可以同時(shí)考慮剪切硬化和壓縮硬化，并采用Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則。HS模型應(yīng)用于基坑開挖分析時(shí)具有較好的精度。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用線彈性模型，同時(shí)采用Goodman接觸單元考慮了土體和圍護(hù)體之間的相互作用，接觸面單元切線方向服從Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則。用一個(gè)折減系數(shù)Rinter來描述接觸面強(qiáng)度參數(shù)與所在土層的摩擦角和粘聚力之間的關(guān)系，模擬接觸面的強(qiáng)度參數(shù)較低的特性。采用等三角形15節(jié)點(diǎn)平面單元對土體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
主要施工模擬工況：計(jì)算土體初始應(yīng)力場→施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)→開挖表層土，架設(shè)鋼管支撐→開挖至基底。
3.2模型計(jì)算結(jié)果
3.2.1北側(cè)管線
由SMW工法樁變形圖可知，由于工法樁頂部有鋼管支撐的約束作用，其頂部位移較小?；娱_挖至基坑底時(shí)，工法樁上鋼管支撐與基底之間部位受坑外土壓力作用，樁身側(cè)移隨深度的增大逐漸增大，且坑底位置附近，圍護(hù)樁的側(cè)移達(dá)到最大值18.25mm，滿足設(shè)計(jì)要求。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，基坑開挖至基底時(shí)，北側(cè)電纜管和供水管均向基坑側(cè)斜下方產(chǎn)生位移，最大位移分別為15.82mm和13.23mm。說明基坑開挖對北側(cè)管線均有一定的影響，但管線位移均在設(shè)計(jì)控制范圍內(nèi)，不影響管線的正常使用。
3.2.2東側(cè)辦公樓
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，基坑開挖至基底時(shí)，東側(cè)圍護(hù)樁最大側(cè)移也發(fā)生在坑底部位，約為14.48mm。由于東側(cè)工法樁的型鋼采用“插二跳一”的布置形式，其剛度得到增強(qiáng)，故與型鋼“插一跳一”的布置形式相比，東側(cè)圍護(hù)樁整體側(cè)向變形相對均勻，變形也相對較小。
基坑開挖至基底時(shí)，東側(cè)辦公樓自身由于有工程樁，且受坑外土體向基坑側(cè)沉降影響，辦公樓發(fā)生微小沉降，約10.32mm，沉降在控制范圍之內(nèi)，不影響辦公樓的正常使用。
4、現(xiàn)場實(shí)測
根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，北側(cè)圍護(hù)樁側(cè)向變形最大約20.8mm，基坑北側(cè)電纜管位移最大約為13.6mm，供水管位移最大約為10.4mm。東側(cè)圍護(hù)樁側(cè)向變形最大約15.5mm，東側(cè)辦公樓最大沉降約為8.5mm。
綜上，本工程圍護(hù)樁、周邊建筑物及管線的實(shí)際監(jiān)測結(jié)果均與有限元模擬結(jié)果相對吻合，且在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。說明采用PLAXIS有限元軟件分析基坑開挖對基坑圍護(hù)體及周邊環(huán)境的影響效果較好，其模擬結(jié)果可供實(shí)際工程參考。
5、結(jié)論
a.SMW工法樁結(jié)合鋼支撐的圍護(hù)體系對于開挖面積小，挖深相對較淺，且無法采用懸臂式圍護(hù)體系的基坑而言，與灌注樁結(jié)合混凝土支撐體系相比，在經(jīng)濟(jì)性、施工便利性和縮短工期等方面優(yōu)勢明顯。
b.PLAXIS有限元軟件模擬基坑分步開挖過程得出的結(jié)果與實(shí)測結(jié)果相對吻合，用來分析基坑開挖過程對圍護(hù)樁及周邊環(huán)境的影響效果較好。
c.本工程基坑采用SWM工法樁結(jié)合一道鋼支撐的圍護(hù)體系，在控制基坑變形和保護(hù)周邊管線及建筑物方面收到了很好的效果，對軟土地區(qū)地下一層基坑設(shè)計(jì)和施工有很好的參考價(jià)值。
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