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砂卵石地层深基坑支护结构变形规律研究
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摘要：本文以成都地铁17号线明挖深基坑为例，研究了砂卵石地层深基坑支护结构的变形规律。通过将模拟结果与现场监测数据对比分析，验证了有限元软件PLAXIS模拟基坑支护结构的有效性与合理性，揭示了支护结构在砂卵石地层中独有的变形特征。研究结果表明：在砂卵石地层中进行深基坑开挖时，中密砂卵石地层以上支护结构的变形较大，下部密实砂卵石地层中的支护结构变形较小，且变形速率明显增大；当基坑开挖至密实砂卵石地层时，支护结构的最大弯矩值却依然处于中密砂卵石地层中，支护结构受到的被动土压力也明显增大。该研究成果可为砂卵石地层深基坑支护结构设计提供理论依据与实践经验。
关键字：砂卵石地层；支护结构；现场监测；数值模拟
1引言
为了缓解用地和交通带来的压力，高层建筑与地铁的建设已成为必然趋势，随之而来的深基坑工程也越来越多。每个城市都有其独特的地形地貌，在不同的地层中进行深基坑开挖时，支护结构的变形规律不尽相同。对于我国的软土地区，对基坑支护结构的变形理论研究较为丰富，高文华[1]采用Mindlin厚板理论建立三维模型分析各因素对软土地层中支护结构变形时空效应的影响；杨帆[2]采用FLAC数值计算方法建立模型分析了软土地区深基坑结构的变形特征。林迪斯[3]借助Midas-GTSNX有限元软件建立三维数值模型对富水软土地层深基坑的变形和稳定性进行研究。但对于成都砂卵石地层基坑，相关变形研究较少，对基坑支护结构变形规律的认识不够。本文以成都轨道交通17号线明九明挖区间基坑为例，通过数值模拟结果与现场实际监测对比分析，得出砂卵石地层深基坑开挖过程中支护结构的变形规律。
2工程概况
明光站～九江北站区间明挖段起止里程为RCK0+092.770～RCK1+050.000(后简称明九明挖区间)。明九明挖区间沿成新蒲快速路由西向东布设，全长947.155m，宽24.2m，开挖深度为17.5m～26.2m，设计为五桐庙停车场出入线和远期17号线二期预留并行区间。基坑北侧临近成蒲铁路，南侧主要为绿地，区间小里程端头设盾构吊出井，大里程端头与九江北站连接。
3结构类型
明九明挖区间基坑采用明挖法施工，围护结构采用Φ1200@2200钻孔灌注桩和钢支撑，桩间土采用悬挂式网喷混凝土支护。桩顶用1200×1200的冠梁连接；在基坑开挖过程中，及时架设钢支撑，钢支撑采用Φ609×16mm钢管，共设置三至四道钢支撑，第一道支撑水平间距6m，第二道至第四道钢支撑水平间距3m。明九明挖区间的典型剖面如图1所示。
图1明九明挖区间剖面图
4PLAXIS有限元分析
4.1模型建立
以明九明挖区间5-5剖面南侧基坑为主要研究对象，土体参数取自岩土工程勘察报告，地层特性及分层厚度取自编号为M17Z3-FJ-105钻孔岩心编录，该地质钻孔位于明九明挖区间5-5剖面。由于基坑开挖过程中已完成基坑降水，故数值模拟忽略了地下水的贡献。由于地层上部的素填土、黏土等居多，因此通过界面强度折减因子Rinter对相应土体的粘聚力和内摩擦角进行折减，以此来优化结构与相邻土体间的受力[4]。有限元模型选取的主要物理力学参数如表1所示。
表1土层的主要物理力学参数
土层名称
H/m
γ
/(kN·m)
Kx
/(m/d)
Ky
/(m/d)
Es
/MPa
C
/kPa
Φ
(°)
Rinter
①素填土
4
18.64
0.001
0.001
8
10
10
0.75
②粉质黏土
2
19.72
0.001
0.001
7.5
57.4
17
0.75
③稍密砂卵石
4
20.6
30
30
25.6
5
34
0.95
④中密砂卵石
6
21.58
28
28
38.6
5
38
0.95
⑤密实砂卵石
29
22.36
27
27
60.3
5
45
0.95
明九明挖区间5-5剖面采用4道钢支撑。考虑到基坑南侧边缘随机发生车辆行驶动载、施工堆载等因素，故在平面上预加15kN均布荷载。所有的土层各向同性且都为弹塑性材料，土层单元都服从Mohr-Coulomb准则，假设每一层土层都是水平的；采用板单元模拟钻孔灌注桩，该材料选择弹性模型分析；钢支撑采用弹性单元来模拟。有限元模型如图2所示。
图2有限元模型
4.2数值模拟结果分析
数值模型、边界、初始水压、基坑场地应力场等初始条件设置完成后，利用PLAXIS有限元软件模拟基坑开挖的过程。通过数值模拟，可以动态模拟基坑支护结构不是时期的受力力和变形情况[5]。
选取基坑开挖见底时进行数值分析。根据变形云图3中的水平位移显示，数值模拟结果符合基坑变形的一般规律，证明了定性分析的结果是可信的。该图像显示，当基坑开挖
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