截污箱涵基坑支护体系研究分析.pdf

326：2023年5月工程技术与应用江西建材截污箱涵基坑支护体系研究分析汪聪，熊艳核工业江西工程勘察研究总院有限公司，江西南昌330096摘要：文中结合雄溪河综合整治及景观提升工程截污箱涵基坑支护项目，分析了影响箱涵基坑变形主要因素，如坡顶的水平位移、竖向位移、周围道路建筑物的沉降、工程地质、周边环境条件以及设计方案的合理性等；利用GTS-NX等方法对支护结构进行模拟分析，建立雄溪河综合整治及景观提升工程截污箱涵实际工程中的典型工况，找出变化规律；采集雄溪河综合整治及景观提升工程截污箱涵基坑实测监测数据，收集整理坡顶的位移等变量数据进行对比分析。关键词：箱涵基坑支护；三维数值模拟；现场监测中图分类号：TU74文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 5-0 32 6-0 3Research and Analysis on the Retaining System ofSewage Intercepting Box Culvert Foundation PitWang Cong,Xiong YanNuclear Industry Jiangxi Engineering Investigation and Research Institute Co.Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330108Abstract:The article analyzes the main factors that affect the deformation of the box culvert foundation pit,such as horizontal and verticaldisplacement at the top of the slope,settlement of surrounding roads and buildings,engineering geology,surrounding environmental conditions,and the rationality of the design scheme,in conjunction with the Xiongxi River Comprehensive Renovation and Landscape ImprovementProjects interception box culvert foundation pit support project;Using GTS-NX and other methods to simulate and analyze the supportstructure,establish typical working conditions of the intercepting box culvert in the Xiongxi River comprehensive renovation and landscapeimprovement project,and identify the variation patterns;Collect actual monitoring data from the foundation pit of the intercepting boxculvert of the Xiongxi River comprehensive renovation and landscape improvement project,and collect and organize variable data such asdisplacement at the top of the slope for comparative analysis.Key words:Pit support of box culvert;Three-dimensional numerical simulation;Field monitoring0引言随着城市交通的快速发展以及人口密度的增加，现有城市空间已不能满足人们的生活需求，人们越来越多地规划和利用地下空间 ,深基坑的设计施工也逐渐成为热点 2 。江西地区的深基坑设计施工经验相对较少，可借鉴的成功案例不多。本文根据自身深基坑设计施工经验，以雄溪河综合整治及景观提升工程截污箱涵基坑支护项目为背景，分析了影响深基坑支护体系稳定的因素以及变形规律，为类似的箱涵基坑工程的设计提供一定参考。1箱涵深基坑工程支护体系简介1.1工程概况以及水文地质条件雄溪河综合整治及景观提升工程截污箱涵基坑支护工程项目位于南昌县雄溪河（富山大道至富山二路）西岸、及富山二路沿线。拟建建筑物为雄溪河综合整治及景观提升工程截污箱涵，箱涵净内空2.5m2.0m，总长为2 14 7 m，涵底标高为12.00012.648m。本基坑工程平面上沿箱涵走向分布，开挖宽度为6.0 m，总长为2 14 7 m。根据建筑地下室结构图要求，开挖深度为6.4 5 10.15m。作者简介：汪聪（19 8 8-），男，江西上饶人，硕士，岩土工程师，主要研究方向为岩土工程。根据钻探揭露勘探深度内，场地地层结构由第四系填土（Q 4 ml）、第四系上更统冲积层（Q3al）及第三系新余群（E）泥质粉砂岩组成。按其岩性及其工程特性，自上而下依次划分为：素填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、中砂、砾砂、粗砂、强风化泥质粉砂岩。整个场地水文地质条件较简单。第四系孔隙潜水勘探期间测得钻孔地下水初见水位埋深在4.6 0 9.4 0 m、标高为12.33 13.4 3m，稳定水位埋深约4.909.80m、标高为11.9 1 13.0 3m。1.2支护体系简介本次支护共采用了四种典型剖面进行设计。其中，第一个典型支护段，基底标高为12.0 m，坑外地面标高为18.6 m，支护深度为6.6 m，支护长度为7 4 0.0 m，采用钢板桩以及一道钢管支撑支护。第二个典型支护段，基底标高为12.0 m，坑外地面标高为2 2.0 m，支护深度为10.0 m，支护长度为14 0.0 m，采用SMW工法桩以及二道钢管支撑。第三个典型支护段，基底标高为12.0m，坑外地面标高为2 2.0 m，支护深度为10.0 m，支护长度为90.0m，采用钻孔灌注桩高压旋喷止水以及二道钢管支撑。第四个典型支护段，基底标高为12.0 m，坑外地面标高为2 0.0 m，支护深度为8.0 m，支护长度为17 0.0 m，采用SMW工法桩以及一道钢管支撑。3272023年5月江西建材工程技术与应用H型钢1mx0.8m冠梁700 x300 x13x24mm,21.90mg22.00mTIATALSX播水沟双拼M500型钢圆燃500 x300 x11x18mm20.00m0406钢管支撑.t=10mm高距4.0 m16.50m裁污箱涵12.00m500mm3000mm1500mm6000mmwwooo推底标高7.0 0 m图1典型剖面图22数值模拟分析2.1基坑开挖工况深基坑开挖可按如下几个主要工况进行。工况1：冠梁施工完成后开挖0 2.0 m；工况2：第一道钢支撑吊装完成；工况3：开挖2.0 5.5m；工况4：第二道钢支撑吊装完成；工况5：开挖5.5 10.0 m完成；工况6：截污箱涵完工。2.2有限元数值模拟云图本文选取了2 0 个开挖过程中容易发生较大位移的点位进行模拟研究，包含各角点以及周边存在较多管线建筑物的工况。对于基坑的坑壁水平位移、竖向位移、基坑底面隆起等数值结果进行了统计分析，部分点位的位移云图如图2 所示。(mm)25201512.5107.552.50-2.5-5-7.5-10-12.5-15-20-251#工况5水平变形云图(mm)30241815129630-5-101#工况5竖向变形云图图2典型剖面位移云图2.3数值模拟结果分析选取2 0 个箱涵基坑关键控制点为研究样本，分别得出20个点在6 个工况下的位移云图，如图2 所示1在工况5的情况下水平位移的变化范围为0 2 8.7 mm（向坑内为正范围）；竖向位移的变化范围为-51.5 35.7 mm（沉降为正、隆起为负，范围：0 7.2 mm）；以1#点分析过程为例：（1）从计算云图中得出，基坑开挖到2.0 m处设钢支撑时（工况1），支护桩顶的水平变形云图呈前倾型，竖向变形云图呈抛物线型，最大水平位移以及竖向位移出现在支护桩顶处，最大水平位移值为10.0 mm，最大竖向位移值为3.0 mm；（2）在支护桩顶以下2.0 m处架设第一道钢支撑后（工况2），支护桩顶水平变形以及竖向变形明显减小，水平变形曲线由前倾型转变为弯曲形，由于施加预应力的原因，支护桩顶（0 2 m）的范围内水平位移变化由向基坑内侧位移变为向基坑外倾斜的趋势，最大竖向位移在距坡顶4 m处；（3）开挖2.0 5.5m之后（工况3），支护桩顶处水平位移值为13mm，支护桩最大水平位移出现在桩顶下5.5m处，水平位移值为15mm，而最大竖向位移出现在距坡顶4 m处，竖向位移值为2 1mm；（4）在5.5m处施工第二道钢支撑后（工况4），支护桩顶以下部位（0 2 m）范围内水平位移持续增大，其余部位向基坑内侧变形减小，最大水平位移出现在距离支护桩顶5.5m处，水平位移值为18.4 mm，坡顶的竖向位移保持增大的趋势；（5）基坑继续向下开挖至基底过程中（工况5），支护桩顶以下（0 2 m）向基坑内位移有所减小，在第二道钢支撑附近（3 5.5m），桩水平变形增大趋势并不明显，而第二道钢支撑下部水平变形明显增大，支护桩最大水平位移出现在坡顶5.5m处，水平位移值为：2 8.7 0 mm，坡顶最大竖向位移出现在距离坡顶处4 m处，竖向位移值为35.7 0 mm3。120100806040200工况1 工况2工况3工况4工况5工况62#一3，4#876/4543210工况1工况2工况3工况4工况5 工况6一3#图3坡顶水平、竖向位移趋势图3监测结果与计算值对比分析3.1监测的内容和方法为确定基坑施工过程的安全性，在基坑开挖过程中对以下内容进行了现场监测：坡顶的水平变形、竖向位移、地下水位、周边道路、建筑物、管线以及钢支撑的内力等。监测方法如下。（1）坡顶水平、竖向位移。在基坑顶部沿基坑周边中部、阳角处及地质环境条件复杂处，每隔2 0 m布置基坑顶部水平及竖3282023年5月工程技术与应用江西建材向位移共用监测点。在预埋射部位钻孔，然后打人刻有“+”字标记的钢制强制归心螺纹测量标志预埋件，各监测点初始值在项目施工前期三次测定 4 。（2）周边道路建筑物沉降监测点埋设。沿周边施工道路或者建筑物布置。坡顶观测的标志，采用钻孔式打入观测标志杆，确保测点的稳定性。按照二等垂直沉降监测技术要求观测。观测点采用12mm的道路沉降观测型圆钉预制。采用冲击钻钻孔置人法埋设，观测点设在周边施工道路高出地坪面10 cm处。观测点埋置好后，应注意保护，严防碰动和破坏 5。3.2监测值与计算值的对比分析利用现场监测过程中采集的数据，提取基坑所埋设的监测点处的变量数据，将水平位移、竖向位移等数据的计算值与实际监测值进行对比，可得出两种不同结果的对比数据，见图4。20181614/121086420工况1工况2工况3 工况4工况5工况6一计算值一一监测值353025/20151050工况1工况2工况3工况4工况5工况6一计算值一一监测值5825/20151050工况1工况2工况3工况4工况5工况6+一计算值一一监测值353025/20151050工况1工况2工况3工况4工况5工况6计算值一一监测值图4监测值与计算值对比分析图采用数据分析方法得出，基坑开挖过程中水平变形的计算值与实际值的对比曲线，分析箱涵基坑在整个开挖过程中，现场监测的水平位移变化趋势与数值分析的水平变形趋势的关系，坡顶最大水平位移出现的位置关系 6 。研究计算值与实测值的联系，为进一步对支护结构展开研究提供了较为可靠依据。其中，部分坡段的监测值大于计算值，主要集中在部分周边荷载较大且存在转折处以及部分横穿管线的坡段。该处遇到雨水丰富的时节，位移往往会发生较大的波动，原因如下。（1）基坑转折处往往为施工接口处，部分接口施工过程中存在间隙，遇到强降雨天气，水会向接口汇集，增大了该处的水压力，同时，造成冲刷接口处的土体松软，易发生安全事故。（2）部分横穿管线的坡段，由于管线以上无法进行施工支护，造成土体裸露应力集中，遇雨水天气及车辆荷载作用，易造成水土流失、周边土体塌陷等。4结语本文分析了深基坑工程变形原理及其影响因素，以雄溪河综合整治及景观提升工程截污箱涵基坑支护工程为研究背景，从理论、现场监测和数值模拟三方面对基坑变形规律和受力特征以及影响支护体系变形和受力的主要因素进行研究，得出以下结论。（1）箱涵基坑稳定的主要因素有坡顶的水平位移、竖向位移、箱涵规模、土压力分布及设计方案的合理性等，为保证基坑施工过程中的安全，验证箱涵基坑设计的合理性以及适用性、优化箱涵基坑支护设计参数可为开展信息化施工提供依据。（2）依据雄溪河综合整治及景观提升工程截污箱涵基坑支护工程概况和设计要求，选取支护类型并进行验算，确定支护设计方案的可行性。（3）利用GTS-NX对支护结构进行有限元的模拟分析，得到主要数据，如水平位移、竖向位移以及周边道路建筑物等的变化规律，结合雄溪河综合整治及景观提升工程截污箱涵基坑支护项目实际施工中模拟各典型工况，分析得出计算结果，观察各支护结构相互之间的影响，了解支护体系的运作机理，对设计方案进行检验。（4）利用监测所得实测数据与有限元数值模拟的结果进行对比分析，绘制出两种方法的变形趋势图，验证支护设计计算的合理性，为类似项目的设计提供参考依据。参考文献【1】占丰林，周玉莹.基坑工程的研究动态及发展趋势J.山西建筑，2 0 0 5,31（11)：3-5.2刘建航，候学渊.基坑工程手册K.北京：中国建筑工业出版社，1997.3赵杰，邵龙谭，李淑英.基坑工程发展现状及存在的问题【C/第十三届全国结构工程学术会议论文集，南昌，2 0 0 4：37 1-37 6.4龚晓南.高有潮.深基坑设计施工手册【K.北京：中国建筑工业出版社，19 9 9.5武亚军，张国军，栾茂田.深基坑工程施工的力学分析方法【J：建筑结构，2 0 0 5，35（5）：55-56.6胡孔国，吴京.深基坑开挖和支护全过程分析的弹塑性有限元法J.建筑结构，19 9 9（3）：34-36.