(安徽华电工程咨询设计有限公司,安徽 合肥 230041)
引言:在当前建筑施工中,深基坑工程的应用范围越来越广,这要求建筑的支护结构必须保持足够的稳定状态,使基坑周围不会产生土体变形问题,保持周围建筑的安全稳定。与此同时,深基坑开挖时要保证浅基础不会出现沉降现状,防止地下管线遭受破坏,避免渗流现象出现,从而保证深基坑工程的整体质量。
以某工程施工为例,工程采用了明挖顺作法,基坑主体位置有五道竖向支撑,第一层是钢筋混凝土结构的支撑,下部为四层横向钢管支撑。基坑开挖时结合实际施工进度应用吊装钢管的方式完成支撑处理,使连续墙拥有稳定性。场地整体来看比较平坦,只有小部分带有起伏,地层部分均匀,以基坑为中心,两侧有一定的差异,地下水充足,水位较高。地层表面覆盖了不同种类的填土,主要为杂填土、粉土、粉质粘土、粉砂等,地层存在风化问题,土质成分比较复杂,从力学角度来看,力学性质分布的不均匀,这给深基坑开挖施工带来一定难度。此外,降水时也会对基坑工程造成影响,在某种程度上引发临近浅基础的沉降问题[1]。
采用摩尔库伦模型分析深基坑土体结构,建立有限元模型。基坑开挖时在宽度的影响范围为3-4H,在深度的影响范围为2-4H,其中H 指的是基坑开挖的深度。本工程的基坑尺寸是80×40×10m,属于对称结构,使用半结构展开模型计算。基坑开挖的深度是10m,尺寸向边延长40m,所以选用尺寸为120×100×40m 的土体模型即可。对临近的建筑物进行简化处理,构造整体框架,将填充的墙体转化为均匀布荷载并作用在梁结构上,将室内的活荷载转为楼板位置。模拟支撑结构时,地下的连续墙可以使用实体单元,内支撑结构可以使用梁单元。按照以下基坑开挖程序进行施工:第一步为地应力平衡;第二步为激活建筑物并开始初始沉降;第三步是设置地下连续墙,并开挖到2m 的位置;第四步是设置第一道支撑,逐步开挖到4m 和5.5m;第五步是设置第二道支撑,逐步开挖至7m 和8.5m、10m。按照开挖的实际情况,分析当前临近浅基础的沉降问题。
分析地下连续墙在水平变形上存在的规律,对深基坑施工工程进行基坑开挖与降水的研究,探究工程推进的同时对临近建筑物产生的沉降现象。地下连续墙产生水平位移是因为施工时对墙体两侧土体造成了扰动,墙体两侧受到的水平方向上力的同时也会导致墙体处于失衡状态,这是墙体变形的一个重要原因。周围土体受力变化,随后达到平衡受力状态。一般情况下,深基坑施工工程中地下连续墙是朝着基坑内部方向进行的水平位移,人们在开挖第一层土的时候,地下连续墙顶端水平位移明显,这是因为施工单位还没有安装第一道支撑结构。安装支撑后再进行基坑开挖和降水工作,此时地下连续墙顶端将不会出现位移问题。为了保持墙体的整体稳定性,第一道支撑十分重要,这是保证深基坑施工工程的关键,无论什么样的工况,维护墙体都会在开挖面周围产生变形,当开挖作业到达基坑底部时,开挖地面也会产生变形。本工程产生的最大水平位移就是在坑底的上部,和地面之间有3m 左右的距离。分析数据,了解土层设置情况,会发现在不同混合岩体的分界位置上,受基坑外部压力的影响,基坑的变形程度最大位置开始上衣,围护结构内不良土层的位置会对变形的墙体位置产生影响[2]。
地质条件不同,对地下连续墙产生的影响也会不同,建筑基础和墙体变形规律也会产生变化。如果地下连续墙属于中风化岩,周围环境的地表沉降分布和水平方向位移将会有一定的规律。在深基坑开挖到坑底部位时,地下连续墙的位移在侧向上将会增加23%左右,连续墙底部位置产生的侧向位移也会比原来大6 倍以上。将中风化岩和微风化岩的连续墙产生的水平位移和沉降对比,发现浅基础沉降时,基础面一直保持平面,平均沉降就是一两角点为基础计算的平均值;差异沉降是两角点上的差值。与微风化岩相比,中风化岩状态下的地下连续墙存在更加明显的沉降问题,这说明中风化岩的渗透性更加高。造成这一情况的原因主要为两方面:一方面,中风化岩的渗透性更强;另一方面,中风化岩的变形模量比微风化岩要小,受降水的影响,深基坑的临近浅基础沉降增量不同,有效应力因此而增加。此外,深基坑开挖深度也会对基础底部的应力产生影响,以某个应力较大的点为例,开挖前应力是4.1.4kPa,开挖后应力是407.7kPa,增幅1.56%。可知基坑开挖会让条形基础底部的应力增大,基坑开挖的深度越深,底部应力就会越大。和沉降量相同,在基坑开挖的前期,靠近深基坑测点位置的应力将会明显增加。
总结:总而言之,深基坑工程施工中,实际施工将会给周围建筑和临近地面基础带来不同的变化。可以从深基坑开挖和降水情况出发,对临近浅层基础的沉降情况展开分析,探究地质条件不同给地面带来的沉降问题,通过建立有限元分析模型,验证地面沉降的相关影响因素。