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潤(rùn)華環(huán)球大廈深基坑支護(hù)方案優(yōu)化

文檔作者：黃志強(qiáng)1，耿麗2，李效萌1，楊春1 文檔來(lái)源： 1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院 2．華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年11月13日
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上一篇：三排樁支護(hù)下高深岸坡工程穩(wěn)定性分析

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2011年10月上
第40卷第350期
施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY 47
潤(rùn)華環(huán)球大廈深基坑支護(hù)方案優(yōu)化
黃志強(qiáng)1，耿麗2，李效萌1，楊春1
(1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北武漢430074；
2．華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北武漢430074)
[摘要]以蘇州潤(rùn)華環(huán)球大廈深基坑工程為研究對(duì)象，通過(guò)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較合理的選擇支護(hù)方案，并以z—s0II。．Pc
專(zhuān)業(yè)巖土程軟件為工具，分析各工況下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變形特性及周?chē)翆游灰?。結(jié)果表明，采取土釘墻和圍護(hù)
樁+二道內(nèi)支撐的方案相對(duì)于圍護(hù)樁+三道內(nèi)支撐方案在受力性能上差別不大，但是技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益卻很明顯，對(duì)
于基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。
[關(guān)鍵詞]地下工程；深基坑；支護(hù)；優(yōu)化
[中圖分類(lèi)號(hào)]Tu753 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A 【文章編號(hào)】1002-8498(2011)19J0047m3
Supporting Scheme optimization for Deep Foundation
Excavation in Runhua Global Building
Huang Zhiqian91，Geng Li2，Li Xiaomen91，Yang Chunl
(1．F口cu妨o，E昭inee^昭，儺in口￡，n眈璐渺∥＆∞cien螂，形M^口乃，HⅡ6ei 430074，儺i凡n；
2．Sc^ooZ o，C如以E昭ineeri增＆Mec^口，l泌，日u韶_Ilo昭￡，n婦rs渺鏟．sc拓nce
口nd 7-eclIlnoZogy，I礦址^口幾，日u6ei 430074，c^in口)
Abstract：Based on deep foundation project in Runhua Global Building in Suzhou， authors make
reasonable choice of suppon scheme by technologic and economic comparison． They make analysis on
bearing and defoming behaVior of retaining stlllcture and displacement of amund soils under seVeml
working conditions with Z—SOIL．PC． The results show that theI-e is little difference on the mechanical
behavior betwedn the scheme of soil nailing wall and fbnder piles with two layers of supports and the
scheme of fender piles with three layers of supports． However，the first scheme has brought the obVious
technology economic efficiency which offers reference to foundation supponing design．
Key words：underground；deep fbundation；excavation；support；optimization
l工程概況
1．1基坑概況
基坑總體呈矩形，南北方向?qū)捈s75m，東西長(zhǎng)約
165m，基坑占地面積約為12 000m2，圍護(hù)結(jié)構(gòu)總周
長(zhǎng)約為468m。主樓基坑挖深為17．50m，裙房基坑
坑底挖深15．70m。整個(gè)地塊周邊環(huán)境如下：南側(cè)為
蘇惠路，基坑距離建筑紅線約6m。北側(cè)為河道，河
道距離基坑距離為8一15m。河道寬15～20m，水深
2．5m，兩岸已砌筑混凝土護(hù)堤。東側(cè)為星海路，基
坑距離建筑紅線約7．3m。西側(cè)為星桂路，基坑距離
建筑紅線約7m。施工期間，河道允許修筑圍堰，施
[收稿日期】20llml．17
[作者簡(jiǎn)介】黃志強(qiáng)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院碩士研究生，湖
北省武漢市中圍地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院12009ll班430074，電
話：13667157430，E—mail：piekyhuang@163．com
工車(chē)輛通過(guò)圍堰跨相門(mén)塘出行。
1．2場(chǎng)地地質(zhì)條件
場(chǎng)地地形西北角較低，地面高程1．48～1．97m；
其余地形較為平坦，地面高程1．97～2．84m。場(chǎng)地
地貌單元屬長(zhǎng)江三角洲沖積平原。四周道路路面
高程4．00m，相門(mén)塘堤面高程3．oom。
通過(guò)勘察，自地表至40．0m深度范圍內(nèi)所揭露
的土層，由填土、粉性土和粉砂組成，具有成層分布
的特點(diǎn)，各土層的物理力學(xué)參數(shù)如表l所示?；?
挖深范圍內(nèi)需要穿越透水性很大的粉土粉砂層(④
層和⑤層)，需要考慮坑底下臥層即粉砂層的承壓
水問(wèn)題。淺層(約5m)土層強(qiáng)度高，透水性好。
2基坑支護(hù)方案選擇
2．1 支護(hù)方案
1)方案1 設(shè)置3道鋼筋混凝土支撐，圍護(hù)采
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
48 施工技術(shù)第40卷
用西800mm@1 100mm鉆孑L灌注樁，止水帷幕采用
擊850mm@600mm三軸水泥土攪拌樁。
2)方案2 淺層采用放坡土釘墻，深層設(shè)置2
道鋼筋混凝土支撐，采取先澆底板后挖主樓深坑的
做法。圍護(hù)采用擊900mm@1 100mm鉆孔灌注樁，
止水帷幕采用西650mm@450mm三軸水泥土攪
拌樁。
2．2技術(shù)比較
方案l是常規(guī)做法，如果采用3道支撐，在支撐
的澆筑、養(yǎng)護(hù)和拆除上都需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)問(wèn)，由于
設(shè)計(jì)的排樁間距小，止水帷幕受力很小，咖650mm的
三軸水泥攪拌樁完全能夠滿(mǎn)足要求。根據(jù)計(jì)算，淺
層土的強(qiáng)度較高，且不透水，為此方案2對(duì)剖面進(jìn)行
優(yōu)化，淺層采用放坡土釘墻。由于主樓電梯井落深
達(dá)5．4m，方案1設(shè)置了第3道支撐，影響了土方開(kāi)
挖速度，于是提出先澆底板，后挖深基坑的方案，如
此可以省去第3道支撐。
2．3經(jīng)濟(jì)比較
針對(duì)方案l和方案2的工程量、造價(jià)和施工工
期進(jìn)行比較，如表2所示。
表2 2種方案工程量、造價(jià)和工期
Table 2 Engineering quantity，construction cost and
construction period of two scheme
從表2可以看出，方案l不但在造價(jià)上節(jié)省了
379萬(wàn)元，在施工工期上也節(jié)省了3個(gè)月，在滿(mǎn)足安
全的前提下達(dá)到了節(jié)省造價(jià)和縮短工期的目的。
3有限元計(jì)算分析
為了進(jìn)一步驗(yàn)證所選方案的可行性，采用z—
SOIL．PC三維巖土工程有限元軟件將2個(gè)方案的圍
護(hù)結(jié)構(gòu)與土體相互作用的受力特性進(jìn)行模擬分析。
3．1 Z—SOIL．PC軟件介紹
z—sOIL．Pc軟件采用最強(qiáng)健的數(shù)值算法模擬
非線性、與時(shí)間相關(guān)性(time dependent)、土體的應(yīng)
力應(yīng)變特性。內(nèi)置的連續(xù)介質(zhì)本構(gòu)模型有：Tresca
模型、Mohr．Coulomb模型、Rankine模型、Drucke卜
Prage卜C印模型、Cam—clay模型、multi．1aminate模型
(成層介質(zhì)和片巖)、Hoek．Brown模型(巖石)、
Men6trey—willam軟化模型(混凝土)、Biot模型(固
結(jié)和流固耦合)、Hs—small模型。使其在計(jì)算巖土
介質(zhì)內(nèi)的地下結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)?。
z—SOIL．PC中內(nèi)置的非線性有限元求解策略
可根據(jù)本構(gòu)模型選用2D，3D和軸對(duì)稱(chēng)單元，單元庫(kù)
中提供了幾種非線性的結(jié)構(gòu)單元，如：線性和非線
性梁?jiǎn)卧?、殼體單元、薄膜單元、土工織物單元、鋼
筋和錨桿單元等。單元庫(kù)還提供了無(wú)限介質(zhì)單元
和摩擦接觸面單元(可滲透或者不可滲透)，這些單
元都可以根據(jù)任意土體的輪廓施加。
3．2應(yīng)變硬化土體模型
相關(guān)試驗(yàn)研究表明12?，對(duì)于蘇州地區(qū)的粉土
層和粉砂層，在加載過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)剪脹效應(yīng)。這種
模型的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可用各向同性的硬化模型表
示，對(duì)于小應(yīng)變情況，小應(yīng)變硬化土體模型(HSS模
型)可以很好地描述其規(guī)律H1。HsS屈服面形
式為：
尼=盯l一口3Ⅳ9+2ctot。l√Ⅳ≯ (1)
式中：c川為有效黏聚力和吸力提供的總黏聚力，
c。。。=c’+s．tan妒6。K=#鯊鼉，c’，妒6，9’為土
1一sl“妒
的強(qiáng)度參數(shù)，由試驗(yàn)獲得。
Benz¨1引入并改寫(xiě)了Hardin．Drnevich模型描
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2011 No．350 黃志強(qiáng)等：潤(rùn)華環(huán)球大廈深基坑支護(hù)方案優(yōu)化
述小應(yīng)變范圍內(nèi)土的剪切剛度與應(yīng)變之間的雙曲
線關(guān)系，提出了剪切剛度與應(yīng)變的非線性彈性關(guān)系
的Hss模型。與理想彈塑性模型不同，硬化塑性模
型的屈服面在主應(yīng)力空間中不是固定的，而是由于
塑性應(yīng)變的發(fā)生而膨脹”1。硬化主要有壓縮硬化
和剪切硬化2種類(lèi)型。壓縮硬化用于模擬固結(jié)儀加
載和各向同性加載中主壓縮帶來(lái)的不可逆塑性應(yīng)
變。剪切硬化用于模擬主偏量加載帶來(lái)的不可逆
應(yīng)變?。這2種類(lèi)型的硬化都包含在Hss模型之
中，如圖l所示。
璣
q。
漸進(jìn)線
峨q
軸碰受‘
圖1小應(yīng)變硬化土體模型
Fi g．1 HS·smaU model
3．3計(jì)算模型
采取平面有限元(2D)模型。支撐體系包括支
撐、圍護(hù)墻、立柱，采用梁?jiǎn)卧?，土體采用實(shí)體單元，
計(jì)算考慮地面超載20kPa，計(jì)算參數(shù)如表l所示，計(jì)
算模型如圖2所示。分別進(jìn)行4次開(kāi)挖，設(shè)置3道
支撐。
¨¨ {f1 I{}¨
圖2模型網(wǎng)格
Fig．2 MOdel grid
3．4計(jì)算工況
模擬時(shí)盡可能接近施工工況，計(jì)算工況如下：
①施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)及工程樁和立柱，進(jìn)行第1步開(kāi)挖；
②施工第1道支撐；③進(jìn)行第2步開(kāi)挖；④施工第2
道支撐；⑤進(jìn)行第3步開(kāi)挖；⑥施工第3道支撐；⑦
進(jìn)行第4步開(kāi)挖；⑧施工底板；⑨拆除第3道支撐，
施工地下2層樓板；⑩拆除第2道支撐，施工地下1
層樓板；⑩拆除第1道支撐，施工地下室頂板。
4數(shù)值分析結(jié)果
通過(guò)計(jì)算得到2種方案的變形云圖，圖3為各
種情形下在底板完成后的變形情況。
h山棠二
圖3底板澆筑好后的變形云圖
Fig．3 Contou懵a舢r pouriⅡg bottom
蚰ab concrete
從圖3可以看出，2種支護(hù)方案坑底的最大位
移均位于開(kāi)挖面附近，基坑變形相差不大，且都能
夠保證基坑的穩(wěn)定性，但是方案l較方案2工序復(fù)
雜，施工周期長(zhǎng)，因此，采用方案2更能滿(mǎn)足工程要
求。地表沉降量隨基坑距離的變化曲線如圖4
所示。
囤4地面沉降■隨基坑距離的變化曲線
Fig．4 Rel8uonship curves ofland蚰bsidence
with djstaⅡce of excavation
從圖4可以看出，2種方案沉降槽的沉降值差
別不大，同時(shí)，3道支撐情況下沉降槽的最大值大于
2道支撐的情況，但遠(yuǎn)離基坑位置的3道支撐情形
的地表沉降較小。因此，采用方案2是合理的。
5結(jié)語(yǔ)
1)土釘墻和圍護(hù)樁+2道內(nèi)支撐方案較圍護(hù)樁
+3道內(nèi)支撐方案無(wú)論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)上都具
有較大的優(yōu)勢(shì)，能夠很好地滿(mǎn)足節(jié)省造價(jià)和縮短施
工工期的要求。
2)z—s0IL Pc巖土工程軟件在本工程中對(duì)于
(下轉(zhuǎn)第74頁(yè))
一
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
74 施工技術(shù)第40卷
有效控制了地表沉降注漿前后地表沉降對(duì)比分析
表明：注漿段比未注漿段的地表沉降減少了50％
一80％。
2．6管理措施
1)縮短施’：[進(jìn)尺，上、下臺(tái)階步距控制在1倍
洞徑內(nèi)，使初期支護(hù)盡快封閉成環(huán)，減少掌子面暴
露時(shí)間，并及時(shí)進(jìn)行初支背后注漿。
2)左、右線掌子面錯(cuò)開(kāi)2倍洞徑以上，減少兩
洞干擾和同時(shí)發(fā)生坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。
3)施工中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，在掌子面前后1—2倍洞
徑范圍適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)頻率。
4)做好各種應(yīng)急救援預(yù)案，特別是管線破壞的
應(yīng)急救援預(yù)案。
5)在距離隧道開(kāi)挖掌子面前方2～3倍的洞徑
范圍設(shè)置臨時(shí)罔擋，避免路面車(chē)輛集中荷載垂直作
用在隧道掌子面及拱頂。
3 結(jié)語(yǔ)
施工安全風(fēng)險(xiǎn)受多方面影響，應(yīng)該從施工的管
理措施、技術(shù)措施等進(jìn)行綜合控制來(lái)有效降低風(fēng)
險(xiǎn)。淺埋暗挖隧道施T過(guò)程中地表沉降過(guò)大時(shí)，采
用地表注漿加固，使雜填土的空隙得到充實(shí)，提高
了土體的抗?jié)B性及黏結(jié)性，增強(qiáng)了圍巖土體成拱效
應(yīng)，對(duì)控制沉降具有很好的效果，注漿段比未注漿
段的地表沉降量減少50％～80％。降低了因地面
沉降過(guò)大而產(chǎn)生地面坍塌、管線破壞甚至隧道洞體
坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，為安全、順利施工提供了強(qiáng)有力的保
障。該工程淺埋段注漿加固方案及其輔助措施對(duì)
其他類(lèi)似地質(zhì)淺埋段施工具有指導(dǎo)意義。
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(上接第49頁(yè))
支護(hù)方案的選擇具有一定的指導(dǎo)作用，很好地驗(yàn)證了
土釘墻和圍護(hù)樁+2道內(nèi)支撐方案的可行性和安全性。
3)由于本工程在施工過(guò)程中具有一定的時(shí)空
效應(yīng)，但本文的計(jì)算未能考慮這些因素，因此，如何
將z—SOIL．Pc應(yīng)用于基坑開(kāi)挖及環(huán)境影響的數(shù)值
模擬中還需要更為深入地研究。
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