试析格型地下连续墙基坑施工阶段的侧向变形问题

吴芝泽

[摘要]本文以有限元模型的建立方法对深基坑逆作法开挖工程做了简要的分析探讨，并对不同开挖阶段的相关地下位移做了有限元计算与实测对比，尤其是地下连续墙的侧向位移，然后据此对于基坑连续墙的变形进行了计算对比分析，讨论了其嵌入深度与墙体位移之间的关系，希望所得结论能够对于格型地下连续墙基坑施工有一定的参考意义。

[关键词]格型地下连续墙；基坑施工；侧向变形

文章编号：2095-4085（2016）05-0085-02

目前的建筑工程越来越受到人们的关注，其规模也随着经济的发展而日趋扩大，其中地下工程也随之增多，地下连续墙基坑的深度、面积等方面也有了长足的发展。在这种大背景条件下，采用先进科学的正确分析方法分析基坑围护结构的相关性状，对于保证基坑工程的安全，与周围环境相互契合具有重要的意义。格型地下连续墙深基坑的开挖工程十分复杂，其变形监测成为了施工保障的重要内容。本文以笔者实际工作的基坑开挖工程为研究背景，对施工工程进行了模型建立，对比了有限元值的监测结果与计算结果，分析了格型地下连续墙在基坑施工过程中的侧向位移变化。

1.工程概况

本格型地下连续墙深基坑开挖工程中，基坑深有25m，共三层，以水平结构板和竖向桩柱作为基坑开挖的水平与垂直支撑结构，并作为地下室的外墙结构，两边的地下连续墙深度分别是45.5m和40.5m。施工时，我们将地上站台结构与地下的基坑结构共同工作，以由上而下的逆作方法进行基坑的整体施工，地下连续墙共厚1.2m，使用的混凝土为C30等级；三层水平结构板厚度从上到下依次是1.0m，0.6m，1.8m，负三层更是采用了600的钢管进行斜向支撑，底板之上的混凝土柱钢管为1500，之下的桩为2200，桩的有效长度为56m。

2.地连墙水平位移分析

对地下连续墙的水平位移进行分析，需要从三个方面进行分析。

（1）进行实测结果与有限元值计算结果的对比分析。在地下连续墙基坑开挖施工开始后，围护结构会适当的卸掉基坑内原有的土压力，而土压力的不平衡性也会导致基坑壁发生一定的变形，从而产生基坑壁的位移，尤其随着基坑深度的增加，维护墙体所受的压力也随之变化，产生不同程度的不同方向的位移。经我们的有限元分析计算及实际施工监测对比发现，在施工前期，由于降水或者是负一层的顶板支撑不足等问题，产生了墙体上部的部分水平坑外位移，而随着挖掘的进行，其上部的坑外位移值越变越小，而坑内位移值则相对的越变越大，甚至其最大位移值已经多于20mm，由此我们认为是降水初期，基坑墙体两侧的水位差异较小，而随着降水增多，地下水随着地形方向向基坑运动，产生针对墙体的基坑向内水压力，并呈现压力逐渐增大的趋势。在基坑开挖后，土体逐渐减少，缺乏坑内土体荷载支撑的基坑也会在外侧土体的压力下，产生基坑内部方向的相对位移。此外，地下连续墙在基坑底部的嵌固部分则相对很小，基本少于10mm的长度。

（2）对不同位置的地下连续墙的侧向变形进行时程分析，即围护墙随着基坑施工而形成的位移变化。我们针对基坑围护墙体的某一具体位置，绘制了其施工监测数据的时程曲线，在地下连续墙的上端部位某点，在开挖之前的半程位移值经测量显示为负值，之后随着开挖转为正值，即开始为坑外方向的半程位移，之后为坑内方向的半程位移；墙体下端的测量部位位移值变化则相对趋于平缓，其位移变化值也保持在5mm之下，其表明基坑的挖掘对于地下连续墙的坑下部分位移变形影响不大；相反，位移幅度变化较大的测点位于基坑中部，且基坑底部附近的围护墙体测量点的位移变化也较为明显。此外，随着降水开挖的进行，尤其是开挖40周之后，除墙体下部测点位移变化较小外，其它测点的位移变化都表现出了明显增大的趋势。

（3）对嵌入深度的墙体位移影响进行分析。地下连续墙在基坑开挖过程中发生的水平位移变化受到施工方案、支撑力度与开挖时间等多种因素的影响，但嵌入深度的影响也尤为重要。为了方便对嵌入深度的影响分析，我们将计算时的墙体长度设为32-48m的区间梯度，每个梯度相差2m，但由于地下连续墙在坑底之上大约有25m，所以，地下连续墙在其它参数不变的条件下，便有了不同的坑底嵌入深度。经过分析发现，随着嵌入深度的逐渐增加，基坑地连墙墙体的侧向位移值逐渐减小，说明为了增加基坑维护墙体的相对稳定性，可以适当的增加地连墙的基坑嵌入深度。最后，经曲线分析发现，本基坑地下连续墙的合理嵌入深度应为15～17m范围内，基本为基坑整体深度的0.6倍或0.7倍。

3.结语

经过实际施工监测结果与有限元模型的计算结果的对比分析发现，在基坑施工时，地下连续墙呈现上部由坑外侧向位移转向坑内，坑底偏上变形位移逐渐增大的趋势；在施工规范的要求下，基坑地下连续墙的侧向位移值随着嵌入深度增加而减小，嵌入深度以基坑深度的0.6倍或0.7倍为宜；建模时应充分的考虑模型的土体物理参数、支护墙体参数及支撑水平楼板的刚度等多种影响因素，使其尽可能的与实际施工相吻合。