第１２卷 第７期 ２０１２生 中 国水运 ＶｏＩ．１２ Ｊｕ ＪＹ Ｎｏ．７ ２０１２ ７月 Ｃｈ ｎａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ 基于内支撑深基坑实测深层水平位移的反演分析 戴 民 ，魏云峰 ，陈玄斌。 （１台州市水利水电勘测设计院，浙江台州３１８０００； ２中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江杭州３１００１４） 摘要：结合现场地质条件及分步开挖工况，对内支撑基坑测斜孔深层水平位移实测值进行反演分析计算，拟合深 层位移分布曲线，可得到各土层地基土反力系数的系数ｍ值。通过反演得到的ｍ值计算正算位移曲线及其内力分 析，可为基坑变形预报、风险评估及工程决策提供依据。 关键词：深层水平位移；内支撑；反演分析；深基坑；风险评估 中图分类号：ＴＵ７５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９７３（２０１２）０７—０２４６—０２ 前言 一、粉质粘土、８—１全风化凝灰岩、８—２强风化凝灰岩、８－３中风 化凝灰岩。 随着城市用地的日趋紧张，开发地下空间已成为一种必 然。内支撑系统可以有效地传递与平衡作用在围护墙上的水 根据基坑的实际开挖深度以及土质分布情况，基坑开挖 面位于３—１淤泥层中。场地地下水水位埋深较浅，勘测期间 测得地下水位埋深为０．４０－２．１Ｏｍ，地下水浅部属孔隙潜水， 土压力，并且构造简单，受力明确，已成为深基坑工程中最 常用的支护形式之一。 在拥挤的城市中开挖深基坑，风险无处不在，无时不在。 对深基坑进行实时监测监控，实行信息化施工，进行动态设 计，成为当前深基坑工程风险控制的共识。基坑工程风险控 制的需求日益紧迫，特别是在工程事故不断的地铁领域，这 就要求对深基坑变形进行有效地预测预报。本文通过对杭州 某一内支撑系统基坑周边ＣＸ １ ｌ测斜孔深层土体水平位移实 其变化受大气降水等影响，年变化幅度约１．０一１．５ｍ。 根据本工程的具体情况，依据有关规范的规定，围护设 计方案及业主对施工监测工作的要求，本基坑对以下方面进 行监测：（１）深层土体水平位移监测：共布置１１个测斜孔， 孔深１８ｍ左右。编号：ＣＸ１～Ｃｘ１ １。（２）支撑轴力监测： 一 ～ 共布置９组钢筋计，每组埋设２只钢筋计，编号：ＺＬ１～ｚＬ９。 ４ ．～ ．．：＋．．． ｊ ０一；． ： ｍ 三＿ 测值进行反分析计算，实现计算曲线与实测曲线高度拟合， 得到反算土体设计参数，及相应工况下的支撑轴力，可用于 基坑变形及支撑结构内力的预测及预报。 二、工程概况 各测点位置见图１。 一ｌ一 ＿～ ～ｍ３“ ． ＿＿ ． ． ０√ ．．， ¨ｍ州 ．． ．．¨¨ ．． 拟建地块位于杭州市西湖区，庆隆路以西，余杭塘河以 南。总用地面积１４，８４４ｍ。，总建筑面积６３，１６６ｍ。，包括 一 ， ．． ５幢１ １－２６层框架（框架剪力墙）建筑物及整体地下室，工 程桩均采用钻孔灌注桩，基坑形状不规则，基坑面积约 １ １，５８７ｍ ，基坑总周长约５８６ｍ。基坑设计开挖深度为 ４．７８—６．Ｏ１ｍ。 表１ 地基土物理力学性质典型指标统计 图１ 基坑监测点平面布置图 通过对监测数据统计分析，得出各点沉降开挖深度比介 于０．５－１ １．１‰之间，平均值为４．８％０；各水平位移开挖深度 比介于２．６－７．３％０之间，平均值为４．７Ｚｏ；平均垂向支撑反 注：括号内数值为经验值。 力值介于３８￣２７３ｋＮ／ｍ之间，平均值为１５２ ｋＮ／ｍ。 三、考虑墙土相互作用参数反演的杆系有限元反算法 按照各岩土层成因类型和工程地质性质进行综合分析， 现自上而下依次描述如下：１填土、２—１粘质粉土、３—１淤泥、 ３—２淤泥质粉质粘土、４－１粉质粘土、４—２粉质粘土、５粉质 粘土、６—１中粗砂、６－２粉质粘土、７—１粉砂、７—２砾砂、７－２ａ 收稿日期：２０１２—０４—０１ 将支护桩墙、土、支撑系统简化为相互作用杆系有限元 模型，桩墙采用梁单元模拟，被动土、支撑采用弹簧模拟， 墙侧土压力采用主动土压力模拟。采用杆系有限元法【 。 模拟 作者简介：戴民（１９８０一），男，江苏常熟人，台州市水利水电勘测设计院工程师。 魏云峰（１９８４一），男，浙江杭州人，华东勘测设计研究院助理工程师。 陈玄斌（１ ９８２一），男，湖北荆门人，华东勘测设计研究院助理工程师。 第７期 戴民等：基于内支撑深基坑实测深层水平位移的反演分析 ２４７ 开挖施工工况，开挖步骤，设定反算位移逼近实测水平位移 的目标函数。目标函数为： 吖Ｎ 采用启明星软件ＦＲＷＳ４．０【４ｌ，根据实测得到的深层水平 位移数据，对支护结构体系进行了反分析。参照工程地质剖 面数据，根据实测位移数据进行反分析计算，所得位移曲线 与实测曲线总体比较接近。反演得到的各土层ｍ值参见表１。 ｆ＝∑∑（ ）一ｕｉ （ｊ）） ｊ＝ｌ ｉ＝ｌ （１） 式中，Ｍ为工况数；Ｎ为测点总数；ＵＩｆ｛）为测点ｉ在ｊ 工况的水平位移实测值，ｍｍ。优化模型为：ｍｉｎｉ（１ＴＩ１， ｒｎ２，……，ｍｎ），ｓ．ｔ．ｍｉ删“≤ｍｊ≤ｍｉＭＴ日ｘ，ｉ＝１，２，…，ｎ 采用反演得到的ｍ值，重新模拟开挖，可计算得到位移及内 力分布，如图３所示。 基坑设计中的关键土体参数ｍ值，该值具有较大的地区 性，且受现场条件影响较大。通过现场反演，可以获得较符 。 ．其中：ｍｉ “、ｍ 为ｍｊ的上、下限值。 采用实测深层水平位移数据，采用杆系有限元法模拟整 个开挖过程，采用迭代逼近优化数值算法使反演计算的位移 尽可能与实测水平位移一致，进而反演出较符合实际的土体 参数，同时计算出较为合理的桩体弯矩及内力分布。 合实际情况的ｍ值。将反演得到的ｍ值作为新的设计参数， ～ ㈠ 对下一工况进行正算，可对下一工况位移曲线及其内力进行 较高精度的预测。 五、结论及建议 （１）采用杆系有限元法根据实测位移数据进行对基坑进 行反演分析，效果较好，得到的土体参数可用于正算下一工 况位移曲线及其内力分析，可用于基坑变形预报、风险评估 及工程决策提供依据。 （２）深基坑工程高风险时时存在，通过现场监测，以动 态管理及信息化施工，积极开展基坑变形预报有利于降低工 程风险，加快工程进度，确保基坑工程安全可行。目前有启 明星、理正等商业软件具有反演分析功能，建议反演分析在 基坑实施过程中推广。 （３）通过基坑反演分析可以得到土体设计参数，可为基 坑设计理论研究及经验总结积累大量宝贵资料。 参考文献 寸： ＼ ｌ４ ｔ４ …杨敏，熊巨华，冯叉全．基坑工程中的位移反分析技术与 应力【７１．工业建筑，１９９８，（２８）：１－６． 『２刘国彬，王卫东．基坑工程手Ｎ－２１［Ｍ］．北京：中国建筑工 业出版社，２００９：１０５５—１０５６． １４ 『３】骆介华，戴民，吴勇等．考虑混凝土应力应变非线性特性 剪力（ｋＮ／ｍ） Ｎａｘ ９６ ４ （１ｎ） 深度（ 深度（ｍ） 开挖到５ Ｉ ｒａ 水平位移（ｍｍ） Ｍａｘ １ ４ ４ 弯矩（ｋＮ十ｍ／ｍ） Ｍａｘ １０４ ８ 的深基坑地连墙弯矩计算『Ｉ１．地基处理，２０１１，３． 『４１上海同济启明星科技发展有限公司．深基坑支挡结构分析 计算软件ＦＩＬＷＳ ｖ４．０用户手册【Ｍ】．２００４：１０３． 注：红色为ＣＸ１１孔实测深层水平位移曲线 图３反分析计算位移及内力分布曲线图 （上接第２４５页） 沉箱后部分范围存在抛石棱体，桩基施工时选择冲击成 孔的施工工艺，根据我公司在蓬莱巨涛一期已有的施工经验， 成孔时采用泥浆或水泥浆护壁以保证成孔的安全性。 本方案具有结构受力明确，且无需拆除沉箱，相对于沉箱 拆除方案，可避免场地大开挖，不影响业主对场地的正常使用。 ２．１５ｍ一２５８ｍ范围 滑道基础采用中１，２００嵌岩灌注桩基础，桩基间距 ４ｍ×４．５ｍ滑道板厚度为１．８ｍ。滑道按３０ｍ、３５ｍ设置 结构段。 水工结构断面见图７。 六、结语 本工程属于改扩建工程，在改造时尽量减少了对场地生 产的影响，并合理利用了原有结构，具有良好的经济性和可 实施性。在已建沉箱内设置钻孔灌注桩且不破坏原结构，在 实施工程中属首次尝试。 图７水工结构断面