分层开挖对基坑变形影响的研究

[摘要]以中原万达广场塔吊基坑开挖工程为算例，通过数值模拟开挖方式（分层开挖）的不同对周围环境的影响，分析表明：该基坑选用分4层开挖（即每层开挖2 m）是较为经济、安全的开挖方式，且在距坑底1/3开挖深度处水平位移较大，基坑支护应在此处加强。

[关键词]分层开挖；基坑变形；水平位移；数值模拟；FLAC3D

[中图分类号]TU745.3[文献标识码] A

随着经济与技术力量的发展，现代城市生活对地下空间的应用要求也越来越高，如大型的地下停车场、地下商场、地下粮仓等，因而使得基坑的开挖深度也在不增大，如上海交大海洋深水试验池开挖深度达39 m之多。对于这些深基坑从开挖到支护，诸多因素会对基坑的稳定及周围环境有着不同程度的影响，而开挖方式的不同对基坑变形影响较大。常见的基坑开挖方式有：分层开挖，文中通过数值模拟软件FLAC3D对分层开挖结果进行分析。

1工程算例

郑州中原万达广场，地块位于郑州中原区，东至秦岭路、南临伊河路、西至华山路、北至中原路，文中算例选用郑州中原万达广场塔吊基座基坑，基坑开挖深度为-8.0 m，开挖长宽为10 m×10 m，假定基坑为无支护天然开挖，算例中土层参数如表1：

2数值模型的建立

数值计算选用莫尔-库仑模型。考虑开挖影响区域[1][2]，模型大小选用：50 m×50 m×20 m，开挖区域为：10 m×10 m×8 m，将表1的土层参数换算成FLAC3D软件识别的参数[3]，如表2：

2.1计算结果分析

通过FLAC3D模拟得到1层开挖、2层开挖（4m/层）、4层开挖（2m/层）、8层开挖（1m/层），开挖结果如下：

图1是几种不同分层开挖方式下基坑坑壁的水平位移图，图中数据表明在基坑在无支护开挖时，基坑坑壁的水平位移呈现出顶部及底部位移较小，其中底部位移最大只有4 mm，这主要是基坑坑底的土体对基坑侧壁的位移有约束。坑壁最大位移发生在距离基坑底1/3开挖深度处，因此工程做基坑支护设计时，应在此处加大约束，如加强锚杆的预应力、加长土钉的长度等。分层开挖对基坑坑壁的位移影响明显，无支护开挖最大位移达18 mm，而分4层开挖时，最大位移仅有12 mm，且整体位移曲线都偏小。图2是几种不同分层开挖方式下基坑坑外地表的沉降图，图中表明了在各种开挖方式下，坑外地表沉降在开挖面处最小，但沉降值随着至开挖面距离的增加而增大，在2倍的开挖深度处沉降达到最大值，之后趋于稳定。

图1、图2同时还表明了，分4层及分8层开挖时，对基坑的约束变形都起来较好的作用，但是分8层开挖时，对基坑约束变形较之分4层开挖工况下效果并不明显，从便于实际施工的角度，该工程分4层开挖较为安全且经济。

3结论

本研究通过数值模拟计算，得到几种不同分层开挖方式下基坑坑壁的水平位移及坑外地表沉降数值，通过对比分析说明：该基坑选用分4层开挖（即每层开挖2 m）是较为经济、安全的开挖方式。由水平位移曲线也说明了在距坑底1/3开挖深度处水平位移较大，基坑支护应在此处加强。

参考文献：

[1]吴忠诚，汤连生，廖志强等.深基坑复合土钉墙支护FLAC-3D模拟及大型现场原位测试研究[J].岩土工程学报，2006，28（增刊）.

[2]丁勇春，周顺新，王建华.深基坑开挖与土钉支护三维数值分析[J].上海交通大学学报，2011.

[3]陈育民，徐鼎平.FLAC/FLAC3D基础与工程实例[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

作者简介：李刚（1982-），男，洛阳隆君建设工程有限公司，从事地下结构施工及研究工作。

郑霞（1986-），女，洛阳隆君建设工程有限公司，从事地下结构施工及研究工作。