深圳某商业中心深基坑支护方案优选及模拟分析

■邱健

（深圳市岩土综合勘察设计有限公司广东深圳518172）

深圳某商业中心深基坑支护方案优选及模拟分析

■邱健

（深圳市岩土综合勘察设计有限公司广东深圳518172）

本文在收集分析前人研究成果基础上，结合自己所学知识，采用理正深基坑软件进行验算，选用迈达斯有限元软件，建立基坑支护和开挖工程的有限元模型，对深圳某商业中心改造项目基坑工程支护方案进行优选，以及基坑开挖位移及应力的变化模拟分析。

深基坑支护 方案优选 模拟分析

1 工程概况

1.1 工程位置

拟建项目场地位于深圳市龙华新区，项目规划共分为三个地块，由西至东依次为1#地块、2#地块及3#地块。本次基坑支护设计为2#地块，该地块位于市政道路交叉口西南侧。本基坑大致呈长方形，南北长约150m，东西宽约100m；设三层地下室综合确定本次基坑开挖深度13.70m，基坑开挖周长约489.8m，开挖面积约14868.3m2。依据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）结合周边建筑物环境，基坑设计时安全等级定为二级。

1.2 场地工程地质条件

拟建场地原始地貌单元为残丘台地和冲洪积阶地，后经推填土平整，勘察时地面尚不平坦，稍有起伏，据钻探揭露，场地地质条件相对稳定。场地内地层按成因可分为：人工填土层、第四系冲洪积层、第四系残积层和侏罗系中统沉积岩。

根据勘查及水质分析，测得钻孔中地下水稳定水位埋深0.50～2.00m，场地内地下水对砼结构在强透水层—粗砂中具弱腐蚀性。

2 基坑支护方案优选

基坑支护方案的选择是一个模糊复杂的过程。在基坑方案优选专家打分过程中，影响方案选择的因素有很多，必须要依据实际的基坑条件进行评判，因此，将这些因素称为层次分析法选择基坑方案的的评判指标。在这些所考虑因素的基础之上作出的专家经验，才准确可靠。归纳起来，基坑工程要考虑的因素包括：基坑的几何尺寸、工程地质、水文特征、基坑周边的环境、基坑开挖方案、降排水方案、支护结构的特点、基坑的受力特征、规范要求及业主对设计的要求。

2.1 层次分析法原理

层次分析法作为一种决策过程，充分利用了人的经验和判断，采取相对标度形式，能够统一有形与无形，对可定量与不可定量的因素进行测度。将一个复杂无结构的决策问题所包含的的各种因素进行划分，把具有相同属性的因素编为一组，形成一个递阶层次结构，利用层次分析法中规定的比例标度对同一层次有关因素的相对重要性进行比较，按递阶层次从上到下的顺序对测度进行合成，以得到各个方案相对于决策目标的测度，即方案的组合(总)排序权值。

应用层次分析法建立准则层(B)一级指标4个、指标层(C)二级指标12个、方案层P1土钉墙支护、P2桩锚联合支护以及P3复合土钉墙支护。

2.2 基坑支护方案优选判定

层次总排序就是基于层次单排序的结果计算方案层中的各投标方案相对目标层的相对权重，自下而上，逐层合成，最终确定三个方案的优劣排序。这一过程是从最高层次到最低层次逐层进行的，经计算，得到各层次中的因素相对上一层次某个因素的判断矩阵和相对权重值，并进行一致性检验，层次总排序结果表明，三个方案的总权重排序为：P2>P3>P1，所以最佳基坑支护方案是方案P2。

由以上计算结果可以得到结论：按三个方案总权重排序，最优方案为P2桩锚支护形式。

3 基坑支护方案的验算及模拟分析

3.1 基坑支护方案的验算

通过理正软件计算地表沉降量：三角形法最大沉降量为40mm，指数法最大沉降量为59mm，抛物线法最大沉降量为31mm，最大值均在允许值90mm范围内。

基底边缘最大压力设计验算值，147.4(kPa)<1.2×140.0；抗滑安全系数，1.358>1.300；抗倾覆安全系数，17.487>1.600。

验证结果表明：桩锚支护整体稳定性、抗倾覆、抗隆起、抗管涌等各项参数；均满足规范要求，总体设计方案技术可行、合理经济，方案优选结果合理。

3.2 基坑支护方案的模拟分析

基坑开挖深度13.70m，分四次开挖至坑底。采用迈达斯对Ⅰ段桩锚支护进行二维模拟分析图如下：

图1 开挖至坑底位移

图2 开挖至坑底锚杆二维单元应力

通过对以上模拟结果分析可以得到：

①图1可知，基坑开挖至坑底，基坑外侧的土体影响范围在14.58m左右，略大于理正计算的13m；桩锚支护段土体发生水平位移最大值25.89mm，略大于理正计算的25.30mm，监测点累计水平位移在6.8～27.3mm之间，符合规范[90]要求的30～35mm；

②图2可知，由于两排锚杆的拉力存在，使得桩体受力的最大值位置在桩体的中下部，桩体及周围土体的应力变化是合理的，最大应力数值为268.52kN，与理正计算的296.40kN趋于吻合；预应力锚杆所施加预应力大小为200kN，其轴力在锚杆的自由段恒定，在锚固段靠近自由段处出现轴力最大值，随后沿锚杆长度减小，最大值为221.15kN，在理正计算最小值296.40kN范围之内。

综上所述，迈达斯软件数值模拟与理正验算结果基本一致，验证了优选出的支护方案的合理性。进一步佐证了层次此分析法在深基坑支护方案优选中的科学、可行性。

4 结论

本文应用层次分析法进行深圳某深基坑支护方案优选，并采用理正深基坑软件进行验算，运用迈达斯软件进行数值模拟，验算与模拟结果显示优选方案能够满足规范要求。后期深基坑支护施工监测结果与迈达斯软件数值模拟和理正验算结果基本一致，从而为层次分析法、深基坑验算软件以及数值模拟软件相结合的方法在深基坑方案优选工提供了成功的实例。

[1]刘章军，雷进生.地铁深基坑支护方案优选的模糊概率方法 [J].铁道科学与工程学报，2007，4(6).

P621[文献码]B

1000-405X（2016）-5-478-1