地面超载对基坑稳定性的影响

第３３卷第４期　吉首大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｊｉｓｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　ＶｏＩ．３３　Ｎｏ．４　２０１２年７月　Ｊｕ１．２０１２　文章编号：１００７—２９８５（２０１２）０４—０１２５一Ｏ４　地面超载对基坑稳定性的影响　彭恒逸　（湘潭市勘测设计院，湖南湘潭４１１１ｏｏ）　摘要：根据实际工程资料，运用ＦＬＡＣ３Ｄ软件建立了三维模型．通过改变基坑边地面超载的大小和作用位王等因素，　模拟分析了超栽作用对地表沉降和双排桩围护结构偏移的影响．　关键词：超载，地表沉降；基坑Ｉ作用位置　中圈分类号：ＴＵ４４１　文献标志码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—２９８５．２０１２．０４．０２８　随着社会的发展，城市化越来越快，建设用地需求大幅增加，导致土地资源也随之紧张，建筑向高空进　军的同时，地下空间开发和利用也受到人们的重视．如今，基坑开挖的深度和宽度朝着大尺度方向发展，大　多深基坑会出现在城市的中心区域，因此基坑周边常会有大量的建筑、施工或流动荷载［１－５］．在传统的基坑　设计与施工中，并没有对这些荷载导致产生的土压力引起足够的重视，使得由周边荷载导致基坑边坡垮塌　事故时有发生．如上海市的“莲花河畔景苑”楼倒塌，其导火索是基坑周边堆了近１０　ｍ高的土，土体导致基　坑两侧产生了过大的压力差，使楼房整体性倒塌；广州市海珠城广场工程基坑发生了严重的塌方事故，经　分析认为是由于在临近基坑的路面上堆放了达１　４００　ｋＮ的设备直接导致了事故的发生［６　．由此可见，地　面超载已经成为基坑支护结构设计或施工中一个不可忽视的因素，研究地面超载对基坑稳定性的影响有　非常重要的指导意义［８　．　笔者根据工程实例，基于ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟软件，考虑基坑周边超载作用，通过改变地面超载值的大　小和位置等条件，分析由于超载所导致的地面沉降和桩体偏移的影响，为以后基坑工程支护的设计或施工　提供参考．　１　工程实况　某地铁线路的一段地下车场，开挖深度范围为７～１２．５　ｍ，宽度和长度分别约为１５０　ｍ和２５０　ｍ，基坑　壁支护采用双排桩支护结构体系；最近的建筑物距支护结构约为９　ｍ，施工采用逆作法．支护桩桩长为１８　ｍ，前后排桩的直径为０．８　ｍ，桩间距和排距分别为２　ｍ和３　ｍ，其地质资料如表１所示，支护结构护模型　如图１所示．　＊收稿日期：２０１２—０３—１５　作者简介：彭恒逸（１９６８一），男，湖南湘潭人，湘潭市勘测设计院地质工程师，主要从事岩土工程研究．　吉首大学学报（自然科学版）　第３３卷　表１土层分布及计算参数　７５Ｏ　土层名　Ｅ　／ＭＰａ　ｃ／ｋＰａ　８００＿Ｐ，＿－—．—————————————，●１　２　２００，８００　　Ｔ　ｏ　ｏ　１　Ｏ　３　ｏｏ０　Ｏ　——————————　图１　支护结构计算简图　２数值模拟介绍　分析地面超载对深基坑地表面沉降和支护结构偏移的影响，运用ＦＬＡＣ３Ｄ有限差分法软件，建立三　维模型进行分析．模型及网格划分如图２所示，其超　载示意图如图１所示，作如下基本假定：（１）假定双　排桩为完全弹性体，土为弹塑性体；（２）假定没有地　下水对支护结构有影响；（３）假定基坑边的地面超载　（基坑边的建筑、建筑材料、机械设备等）是分布在一　定范围内均布荷载．　将超载分如下几种工况进行分析讨论：工况１，　地面超载分布在距后排桩０～７　ｍ的范围内，其大小　分为０，５，１５，２Ｏ，３０，３５　ｋＰａ；工况２，地面超载的大　小为２５　ｋＰａ，荷载分布在Ｏ～７　ｍ，２～９　ｍ，４～１１　ｍ，　６～１３　ｍ，８～１５　ｍ．　图２数僵模型　３　地面超载作用对地表沉降的影响　图３为不同工况下的地表沉降图．　从图３ａ）可知：　（１）地面沉降变形呈勺型，当地面没有超载作用时，地面也有沉降，最大沉降量约为２０　ｍｍ；随着荷载　的增加，地面沉降量随之增大，当荷载为３０　ｋＰａ时，地面沉降量最大，沉降量约为７０　ｍｍ．　（２）地面沉降最大值发生在均布荷载的中间位置，在超载作用范围外，地面沉降量较小且趋于稳定状　２Ｏ　０　５　．２Ｏ　ｇ　基　毒－４０　础珊　澄　羹．６０　蜉　．８０　．１ＯＯ　ａ超载位置不变，地表沉降　ｂ超载位置改变，地表沉降　圈３不问工况下的地面沉降　●　Ｏ　Ｏ第４期　彭恒逸：地面超载对基坑稳定性的影响　１２７　态；临近桩的土体有起拱的现象，但不明显；可认为超载的大小决定了地面沉降量的大小．　从图３（ｂ）可知：　（１）保持均布荷载２０　ｋＰａ不变，改变荷载的作用范围，临近桩的土体有起拱的现象，而后土体沉降量　大幅度增大，但随着荷载远离基坑边缘，地面土体的最大沉降量随之减小，从近７０　ｍｍ的沉降降低到　４５　ｍｍ；由此可说明，离基坑支护壁越近的超载，对地表沉降影响越明显．　（２）随着超载位置远离基坑边缘，地面沉降曲线出现２个下凹的峰值点，可认为第１个峰值点为由于　基坑开挖所引起的地面沉降，第２个峰值点是地面超载作用所导致产生的，其他部位的沉降是由于两者共　同作用而导致地面的沉降．　４地面超载作用对支护结构变形的影响　图４为不同工况下支护结构前后排桩的桩体偏移图．　从图４ａ），ｂ）可知：　（１）随着地面超载的增加，前后排桩在相同的位置，偏移量增大，其中超载值为０　ｋＰａ时，桩体的偏移　量约为２５　ｍｍ，超载值达到４０　ｋＰａ时，前后排桩桩顶最大的偏移量约为４７　ｍｍ；因此随着超载的增大，桩　顶偏移量增加了１２　ｍｌＴ１．　（２）保持同一超载大小不变，随着深度的增加，桩体的偏移量逐渐减小，桩顶位移最大，桩底位移　最小．　从图４Ｃ），ｄ）可知：　（１）在不同位置的地面超载作用下，桩体的最大偏移量发生在当地面超载作用范围为０～７　ｍ范围　时，其值为４７　ｍｍ；随着超载作用位置偏离基坑支护壁，桩体的偏移量逐渐减少，当作用范围为８～１５　ｍ　时，最小值约为４０　ｍｍ。　（２）保持不同位置的超载值不变，随着深度的增加，桩体的偏移量逐渐减小，桩顶位移最大，桩底位移　最小．　ｇ　鲁　ｇ　目　＼　趟　ａ超载大小变化时，前排桩位移　ｂ超载大小变化时，后排桩位移　宕　宕　ｇ　ｇ　ｃ超载范嗣不同时，前排桩他移ｄ超载范围不同时，后排桩位移　圈４不同工况下支护路构前后排桩的桩体德移　１２８　吉首大学学报（自然科学版）　第３３卷　５　结论　分别考虑地面超载作用的位置和大小，分析其对地表沉降和双排桩支护结构的影响，得到如下几点　结论：　（１）保持超载作用位置不变，随着超载的增加，地表的沉降量随之增大，其最大沉降发生在超载作用　范围的中间位置，且其位置不随荷载大小的变化而变化．　（２）保持超载大小和作用区间大小不变，随着超载作用位置远离基坑支护边缘，地表沉降量逐渐　减少．　（３）保持地面超载位置不变，基坑壁和支护结构水平偏移量增大；保持超载大小不变，临支护结构越　近，支护结构偏移量越明显．　（４）在设计和施工中，应适当考虑地面超载对基坑支护的影响，以避免工程事故的发生．　参考文献：　Ｅｌｉ　陈忠汉，黄书秩，程丽萍．深基坑工程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３：６０—１３３．　［２］　陈敏华，陈增新，张长生．ＦＬＡＣ在基坑开挖分析中的应用ｒＪ－Ｉ．岩土工程学报，２００６，２８（３）：１　４３７—１　４４０．　Ｅ３］　李海光，等．新型支档结构设计与工程实例［Ｍ］．北京：人民交通出版社．　［４］ＤＺ／Ｔ　０２１９—２ＯＯ６．滑坡防治工程设计与施工技术规范［ｓ］．　［５］ＤＺ／Ｔ　２０１８－－２００６．滑坡防治工程勘察规范［Ｓ］．　［６］　吕兆庆，周　军．地面超载对基坑工程稳定性的影响及对策［Ｊ］．山西建筑，２００９，３５（３２）：１１Ｏ一１１２：　［７］　史佩栋．高层建筑基础工程手册ｒＭ１．北京：中国建筑工业出版社，２０００．　［８］　龚晓南．深基坑工程设计施工手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９８．　［９］金亚兵．深基坑边坡超载计算方法探讨及其工程应用［Ｊ］．水文地质工程地质，２０００，１３（２）：２５—２６．　［１Ｏ］李　萍，邓小鹏，相建华，等．基坑开挖与支护模拟的位移迭代法［Ｊ］．岩土力学，２００５，２６（１１）：１　８１５—１　８１８．　［１１］刘　欣．某地铁车站基坑对临近基坑的影响分析［Ｊ］．安徽建筑，２０１０（２）：１０５—１０６．　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｇｒｏｕｎｄ　Ｏｖｅｒｌｏａｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｐｉｔ　ＰＥＮＧ　Ｈｅｎｇ—ｙｉ　（Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｘｉａｎｇｔａｎ，Ｘｉａｎｇｔａｎ　４１１１００，Ｈｕｎａｎ　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ａｎｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＬＡＣ３Ｄ　ａ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ａ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌ，ｂｙ　ａ　ｃｈａｎｇｅ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒｌｏａｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｉｔ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｖａｕｌｅ　ｏｆ　ｏｖｅｒ—　ｌｏａｄ　ｉｓ　ｃｈａｎｇｅｄ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒｌｏａｄ　ｗｉｔｈ　ｇｒｏｕｎｄ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｄｏｕｂｌｅ—　ｒｏｗ　ｐｉｌｅｓ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｍｉｇｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｓｏｍｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｖｅｒｌｏａｄ；ｇｒｏｕｎｄ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ；ｌｏｃａｔｉｏｎ　（责任编辑向阳洁）