临近既有建筑物地铁基坑内支撑方案研究

　　摘 要：以成都某临近既有建筑物的地铁工程为背景，采用有限元方法分析研究地铁深基坑开挖全过程对临近建筑物的影响，重点研究基坑围护结构对基坑自身及临近建筑物变形的影响，并对基坑开挖全过程进行监测。研究结果表明，基坑开挖卸载使周边土层应力场发生变化，临近建筑物向基坑一侧发生变形;围护桩桩间采用袖阀管注浆形成止水帷幕及内支撑采用鋼筋混凝土支撑，能有效控制基坑自身变形和临近建筑物变形。

　　关键词：地铁;临近建筑物;基坑开挖;围护结构;内支撑

　　1 工程概况

　　成都某地铁车站基坑深约16.7 m，周边存在1幢6层砖混结构楼房，该建筑物基础外边缘距离车站基坑约7.34 m，处于车站基坑开挖的主影响区内。根据调查，此建筑物基础座落在原鱼塘回填土上，基础埋深仅1.9 m，室内外有45°裂缝，形成原因复杂。经专业机构鉴定，该建筑物部分预制楼板拼缝开裂，部分墙体及楼梯梯板存在水平及斜向裂缝已影响到主体结构的安全，建议及时进行加固处理。由此可见，建筑物范围内围护结构方案的选择尤为重要。地铁车站与建筑物关系图如图1所示。

　　本场地位于成都平原区与龙泉山低山丘陵区过渡带的成都东部台地区，地貌单元属于川西平原岷江水系Ⅲ级阶地。区段内上覆第四系人工填土、黏土、粉质黏土、粉土、砂层，下伏基岩为白垩系上统灌口组(K2g)泥岩。

　　2 安全控制标准

　　2.1 地铁基坑安全控制标准

　　该地铁车站采用明挖法施工，基坑监测项目及控制标准应根据工程地质条件、水文条件、基坑围护结构设计参数、基坑安全等级及当地工程经验等确定。本站基坑安全等级为一级，结合JGJ 120-2012《建筑基坑支护技术规程》和GB 50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》及成都地区深基坑设计及施工经验，确定本站基坑围护结构安全控制标准，如表1所示。

　　2.2 临近建筑物安全控制标准

　　建筑物的监测项目控制值应在调查分析建筑物使用功能、建筑规模、修建年代、结构形式、基础类型、地质条件的基础上，结合其与工程的空间位置关系、已有变形及当地工程经验进行确定。由于该建筑物为浅基础的砖混结构，并经专业机构鉴定该房屋部分预制楼板拼缝开裂，部分墙体及楼梯梯板存在水平及斜向裂缝已影响到主体结构的安全，结合GB 50007-2011《建筑建筑地基基础设计规范》和GB 50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》从严制定该建筑物的安全控制标准，如表2所示。

　　3 基坑内支撑数值模拟

　　围护结构方案选用成都地区常用的围护桩加内支撑方案。为了阻挡上层滞水和软塑黏土流向基坑，在建筑物一侧基坑外侧采用桩间袖阀管注浆，形成止水帷幕，同时在围护桩与建筑物基础之间预留第2排注浆孔，根据结构监测确定是否进行注浆。根据成都地铁基坑支护经验，本站横断面上采用3道支撑。本文主要针对内支撑形式进行方案选择，对以下3个方案进行研究：方案1，3道内支撑全采用钢支撑;方案2，第1道采用混凝土支撑，第2、第3道采用钢支撑;方案3，第1、第2道采用混凝土支撑，第3道采用钢支撑。通过数值模拟选取最优支撑方案。

　　3.1 模型建立

　　本项目采用三维有限元分析软件MIDAS-GTS NX进行数值模拟计算分析。根据项目实际规模及圣维南原理，参考已有研究成果进行建模，车站基坑模型基本尺寸为97.5 m×95.4 m×36.8 m(方向x、y、z)。车站基坑周边建筑物根据实际结构体系进行建模，并将每层装修等荷载转换成均布荷载施加在每层楼板上。车站梁柱、基坑围护桩、冠梁、混凝土支撑、建筑物梁柱、建筑物条形基础均采用1维梁单元模拟，钢支撑采用1维桁架单元模拟，车站结构板墙、挡墙及建筑物板均采用2维板单元模拟，地层采用3维实体单元模拟。模型四周及底面采用固定边界条件，顶面采用自由变形边界条件，整体有限元模型和车站与建筑物的空间相对位置关系如图2、图3所示。

　　3.2 计算参数

　　车站主体结构(梁、板、柱、墙)、车站围护结构(围护桩、内支撑、挡墙、冠梁)、临近建筑物主体结构(梁、板、柱)及临近建筑物基础均采用线弹性本构模型，地层采用修正摩尔-库仑本构模型，地层和车站结构基本物理力学参数如表3所示。

　　3.3 模拟计算分析

　　3.3.1 围护桩变形分析

　　施工完成后车站围护桩y向水平位移云图如图4所示。由图4可知，受临近建筑物附加荷载影响，建筑物侧围护桩水平位移大于对侧，且3个方案水平位移均满足要求。

　　3个方案围护桩最大水平位移对比见表4。由表4可知，围护桩最大水平位移，方案1为-16.206 mm，方案2为-16.013 mm，方案3为-15.230 mm，方案2较方案1围护桩最大水平位移降低比例较小，方案3降低较大，即第2道支撑采用混凝土支撑对围护桩水平位移降低效应较明显。

　　3.3.2 桩顶位移分析

　　整个施工过程中，选取各方案中桩顶水平位移最大点进行对比，如图5所示。由图5可知，3个方案桩顶水平位移均小于4 mm，满足位移限值要求。

　　3个方案桩顶最大水平位移对比见表5。由表5可知桩顶最大水平位移，方案1为-3.994 mm，方案2为-3.796 mm，方案3为-3.450 mm，方案2较方案1桩顶最大水平位移降低比例较小，方案3降低较大，即第2道支撑采用混凝土支撑对桩顶水平位移降低效应较明显。

　　3.3.3 临近建筑物沉降分析

　　施工完成后临近建筑物沉降云图如图6所示。由图6可知，基坑开挖卸载使周边土层应力场发生变化，临近建筑物向基坑一侧发生变形。方案1，建筑物最大沉降为11.396 mm，不满足规范限值要求;方案2，由于第1道支撑基本与建筑物基础位于同一标高处，第1道支撑采用混凝土支撑对建筑沉降影响较小;方案3，建筑物最大沉降为9.486 mm，即第2道支撑采用混凝土支撑建筑物最大沉降满足规范限值要求。

　　推荐阅读：建筑行业人员都得评职称吗 有什么用

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 临近既有建筑物地铁基坑内支撑方案研究

文章地址： http://www.qikanvip.com/jianzhusheji/47994.html