环梁支护深基坑开挖阶段的有限元分析

于肖昆

(江苏科技大学，江苏镇江 212000)

环梁支护深基坑开挖阶段的有限元分析

于肖昆

(江苏科技大学，江苏镇江 212000)

结合镇江迎江大厦基坑支护项目，讨论了在场地狭窄且有临近建筑物的情况下，进行基坑支护和开挖时所面临的问题，并采用有限元软件MIDAS进行三维有限元模拟，计算了基坑以及支护结构的受力和变形特征，通过与现场实测结果的对比分析，表明利用MIDAS进行环梁支撑基坑支护模拟是可行的，值得在工程中推广应用。

基坑支护，环梁支撑，有限元模型，轴力

1 工程概况

镇江迎江大厦位于电力路西侧，已建广电大厦南侧。基坑北侧：基坑开挖边线距离用地红线7.6 m，距离北侧已建广电大厦11.4 m；基坑东侧：基坑开挖边线距离用地红线4.1 m，距离东侧电力路人行道7.6 m，场地紧张；基坑南侧:基坑开挖边线距离用地红线4.6 m～6.8 m，用地红线南侧存在地下管线，场地紧张；基坑西侧：基坑开挖边线距离用地红线4.6 m～7.0 m，场地紧张；基坑场地环境信息图如图1所示。本项目基坑挖深9.7 m，基坑面积约5 800 m2，支护周长约315 m。

2 基坑支护方案的确定

由于基坑周边近距离有道路，建筑以及市政设施，对变形有一定的要求，且基坑开挖及影响深度范围内主要为软弱土层，建议采用刚性支护结构(如排桩+内支撑)，并采用止水帷幕阻断周边地下水渗入基坑。

由于本工程主体结构形状不规则，基坑边线距用地红线较近，如果采用常规的内撑形式，势必会影响主体结构施工及基坑出土。鉴于复杂的环境条件和较高的变形控制要求，经多次考虑，分析，最终决定采用φ900钻孔灌注桩+两道环形混凝土支撑+φ650@900三轴水泥土搅拌桩止水的支护形式。本项目为环梁支撑结构体系在该地区的首次应用，且支护体系受力和变形情况复杂，传统计算分析方式已不能满足工程的需要。

有限元软件MIDAS在基坑支护计算过程中已得到广泛应用，能够满足本基坑项目的计算分析。

3 环梁支撑支护体系的分析计算

3.1 施工工况

本基坑工程共分为6个工况： 1)初始应力场分析，此工况是进行基坑工程计算的第一步；2)修建支护结构；3)放坡开挖1；4)第一道支撑及开挖2；5)第二道支撑及开挖3；6)浇筑第二层地下室底板，再浇筑第一层地下室底板，之后拆除第二道支撑；施工±0.000 m，拆除第一道支撑。基坑支撑布置图及剖面图如图2所示。

3.2 土层参数

土层物理力学参数见表1。

表1 土层物理力学参数

3.3 支护结构参数及本构关系

支护结构参数及本构关系见表2。

表2 支护结构参数及本构关系

3.4 环梁结构支撑体系

项目基坑周边采用钻孔灌注桩1 200@900挡土，桩长23 m，采用650@900搅拌桩止水。两道内支撑情况见图2。基坑北侧建筑物高21层，每层折算附加荷载为5 kPa，要求基坑周边15 m范围内地面超载不得超过20 kPa。

3.5 建立有限元模型

采用MIDAS/GTS 建立的黄埔置业(迎江大厦)项目基坑整体有限元模型(见图3，图4)，计算结果见图5，图6及表3。

表3 计算结果汇总表

项目工况计算结果围护结构基坑开挖完成南北方向最大位移9．17mm东西方向最大位移12．2mm内支撑结构基坑开挖完成轴力最大值16000．96kN弯矩最大值2030．15kN·m

4 计算结果分析

MIDAS GTS/NX计算结果表明：

1)本基坑南北方向的位移最大值为9.17 mm，位移最小值为2.5 mm;东西方向基坑的最大位移为12.2 mm，最小位移为2.5 mm，可见计算结果没有超出JGJ 120—2012建筑基坑支护技术规程规定的允许值30 mm，并且满足基坑一侧位移不超过20 mm的要求。

2)第二道环梁所受轴力最大。环梁支撑最大轴力达16 000.96 kN，环梁应力为12.5 MPa，混凝土强度等级C30，应力比为0.43，满足要求。

3)第二道环梁所受弯矩最大，最大负弯矩2 030.15 kN·m，最大正弯矩为1 841.54 kN·m。

5 计算结果与实测结果对比分析

按JGJ 120—2012建筑基坑支护技术规程要求，沿环梁每15 m左右布置一个轴力监测点；沿基坑周边钻孔灌注桩每20 m左右布置一个位移监测点。施工初期每周监测1次，浇捣第一道环梁内支撑至基坑开挖到底部、结构底板完成后每天监测1次，结构底板到首层结构完成3 d监测1次。监测点中，位移产生最大的孔在基坑西面，最大位移为12.2 mm(向坑内)，位置在基坑东侧地面以下5.3 m处。轴力测点中，轴力产生最大的点在基坑东南面，基坑最大轴力为16 983 kN(压力)。位移与轴力实测情况如图7所示。

6 结语

本工程在有限元分析时把基坑周边建筑物及临近道路折算为附加荷载进行计算，计算结果表明，环梁所受轴力大于辐射杆所受轴力，为主要受力构件。内力最大值并未超过规范限值。监测结果表明，实际位移及环形梁内力值与实际情况相接近，可见计算结果是可靠的。证明采用MIDAS建立三维模型进行深基坑圆环支撑的计算分析是可行的，为同类工程提供了经验，具有一定的借鉴价值。

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The finite element analysis of the ring beam supporting deep foundation pit’s excavation stage

Yu Xiaokun

(JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhenjiang212000,China)

Through Zhenjiang Whampoa properties Yingjiang building foundation pit supporting project, discussed the near field is narrow and there are adjacent buildings, foundation pit supporting and the problems facing when excavating. The three-dimensional finite element simulation by finite element software MIDAS, calculate the stress and deformation of retaining structure and foundation pit. Through the contrast analysis with the measured results, show that the use of MIDAS for ring beam supporting of foundation pit supporting simulation of feasibility, worthy of popularization and application in engineering.

foundation pit supporting， ring beam supporting, finite element model, axial force

1009-6825(2016)26-0075-02

2016-07-04

于肖昆(1990- )，男，在读硕士

TU463