基于渗流-应力耦合分析的基坑开挖对既有桥墩位移的影响.pdf
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1、-119-基于渗流-应力耦合分析的基坑开挖对既有桥墩位移的影响赵 娜(中铁上海设计院集团有限公司南京设计院,江苏 南京 210000)摘要:以扬州市某深基坑工程为背景,利用Midas GTS有限元软件,模拟了不考虑渗流和考虑渗流-应力耦合两种情况下基坑开挖数值模拟,对比计算分析了两种情况下深基坑开挖对既有高铁桥墩墩顶和承台的水平向和沉降方向位移的影响,得出渗流是影响深基坑变形的重要原因。关键词:基坑降水;渗流;应力耦合;有限元中图分类号:U416.217文献标识码:AInfluence of foundation pit excavation on displacement of existi
2、ng bridge piers based on seepage-stress coupling analysisZHAO Na(Nanjing Design Institute of China Railway Shanghai Design Institute Group Co.,Ltd.,Jiangsu Nanjing 210000 China)Abstract:BasedonadeepfoundationpitprojectinYangzhoucity,MidasGTSfiniteelementsoftwareisusedtosimulatethenumericalsimulation
3、offoundationpitexcavationwithoutconsideringseepageandconsideringseepage-stresscoupling.Theinfluenceofdeepfoundationpitexcavationonthehorizontalandsettlementdisplacementofthepiertopandcapoftheexistinghigh-speedrailwaybridgeunderthetwoconditionsiscomparedandanalyzed.Itisconcludedthatseepageisanimporta
4、ntreasonforthedeformationofdeepfoundationpit.Key words:foundationpitdewatering;seepageflow;stresscoupligt;finiteelement引言当深基坑开挖选在临近各种既有建筑物的地块上,对周围环境的影响不可忽视,尤其是当临近既有高速铁路时。以扬州市GZ143 地块房地产项目深基坑工程为背景,分析了深基坑降水开挖对既有高铁桥墩墩顶和承台的水平向和沉降方向位移的影响,证明了支护方案对深基坑安全起到了有效作用,该支护方案设计及高铁桥墩墩顶和承台的变形规律研究可应用于今后类似工程。1 工程概况1.1 深
5、基坑工程概况拟建项目基坑周长约421m,面积约11500m2。现场地内已整平并已铺设施工临时道路,场地内整平标高约为+6.50m,南侧外侧场地标高约为+7.0+7.80m,筏板垫层底标高为-2.40m,基坑开挖深度为9.8m。基坑与铁路侧中间,距离基坑18.5m位置处存在一道既有地连墙,地连墙深3841m。深基坑平面布置见图1。图 1 深基坑平面布置1#既有高铁2#3#105 m4#5#计算范围既有地连墙基坑北侧和东侧采用“加强型工法桩+二道装配式钢支撑”支护结构,南侧和西侧采用“密插工法桩+二道装配式钢支撑”支护结构,基坑围护结构见收稿日期:2022-10-12作者简介:赵娜(1990),女
6、,江苏南京人,工学硕士,高级工程师,一级建造师,研究方向为桥梁设计、基坑安全评估。赵 娜:基于渗流-应力耦合分析的基坑开挖对既有桥墩位移的影响-120-图2。坑中采用800600高压旋喷桩重力式挡墙,出土口及西北角采用双排桩加强支护。降排水方案:坑外三轴搅拌桩形成封闭止水帷幕,基坑顶设置截水沟。基坑内采用管井降水,坑外设置回灌井。图 2 基坑围护结构钢板桩采用 600 200 10 型,型钢板采用HN7003001324(Q235B),装配式钢支撑主撑和钢围檩采用 HW4004001321(Q345B),盖梁采用HHC400GB(Q235B)。托梁采用HM294200812(Q235B),斜连
7、梁采用25a(Q235B),支撑立柱采用型钢HW3503501219(Q235B),其他钢构件均采用Q235B钢材。1.2 既有高速铁路概况本项目临近的既有高铁为双线电气化高速铁路。线路等级:客运专线;列车设计速度:250km/h;正线线间距:4.6m;有砟轨道。既有高铁桥梁上部结构为32m预制双线简支箱梁。35#39#桥墩下部结构均为圆端型实体墩,墩柱尺寸为6.63.4m,承台尺寸8.95.62.5m,基础采用6根直径1.2m钻孔灌注桩。2 基坑降水对既有桥墩的有限元模型2.1 模型介绍采用有限元计算软件MidasGTS建立三维模型进行数值计算分析。模型中土体的本构模型采用修正莫尔-库伦模型
8、1-2,桩土相互作用采用界面单元处理。开挖降水过程是利用应力渗流耦合作用原理,地下水的渗流是由渗流区域边界条件的水头差引起的,通过对整个场地设置一个总水位,对基坑内部设置不同的降水水位来实现降水过程。模型沿X、Y、Z三个方向的尺寸分别为357m、230m、65m,其中X为横桥方向,Y为顺桥方向,Z为竖向。有限元模型见图3和图4。图 3 有限元结构模型 图 4 既有高铁桥墩与基坑围护2.2 施工模拟在MidasGTS有限元软件中通过激活围护结构、横撑单元,冻结开挖范围内土体单元,模拟基坑开挖过程。通过基坑内冻结节点水头,模拟降水过程,对止水帷幕设置刚性网格约束来实现止水帷幕的不透水性。2.2.1
9、 考虑渗流的基坑开挖模型施工过程模拟按照实际施工顺序分步进行,在有限元施工模拟开挖过程中划分具有特征性的16个步骤3:(1)初始渗流场分析:(阶段类型:稳态)激活所有原状土,激活总水位和坑内初始水位,同时激活止水帷幕刚性连接网格;(2)初始应力场分析:(阶段类型:应力)激活自重和边界约束,同时对位移清零;(3)既有高架、既有地连墙:(阶段类型:应力)激活既有高铁的桩基、承台、桥墩、既有地连墙和边界约束,同时对位移清零;(4)围护结构施工:(阶段类型:应力)激活止水帷幕、围护结构和立柱和第一道横撑,激活围护结构约束和立柱约束,钝化止水帷幕刚性连接网格;(5)第1次降水:(阶段类型:瞬态)钝化坑内
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