信息产业部电子综合勘察研究院广东分院 510000
摘要：工程地质学通常把淤泥、淤泥质土以及天然强度低、压缩性高、透水性小的一般粘性土统称为软土。通常在软土地区进行深基坑开挖时风险较大，通过对软土地区深基坑开挖异常变形原因的分析，有利于我们合理组织施工，有效控制深基坑开挖时所带来的风险。本文以某工程为例，明确在各开挖时序下产生的基坑实际情况，经由数值模拟后表明：受开挖持续性影响，软土地基出现的地表沉降尤为明显，几乎达到了基坑开挖深度的4倍；同时周边出现大范围水平位移，达到了实际开挖深度的6倍；此外，支撑受力情况也较特殊，表现出由上至下持续增加的特性。通常在软土地区进行深基坑开挖时风险较大，通过对软土地区深基坑开挖异常变形原因的分析，有利于我们合理组织施工，有效控制深基坑开挖时所带来的风险。
关键词：软土地区；地表沉降；基坑变形分析
0引言
在软土地区环境下，为全方位掌控基坑受力与变形状况，进一步提升深基坑与周边既有建筑物的安全性，需从项目所在区域的实际情况入手，引入弹塑性有限元法，探寻在各开挖时序状态下表现出的实际基坑状况，进一步做出方案优化行为，以保障基坑施工的稳定性。在软土地区环境下，为全方位掌控基坑受力与变形状况，进一步提升深基坑与周边既有建筑物的安全性，需从项目所在区域的实际情况入手，引入弹塑性有限元法，探寻在各开挖时序状态下表现出的实际基坑状况，进一步做出方案优化行为，以保障基坑施工的稳定性。
1工程概况
该项目总面积32294m2，由于所处区域为典型软土地质，需注重基坑开挖监测与控制工作。
2设计方案
主体围护部分，依据所在地质情况，设置有地下连续墙（厚度为800mm，总长度35.3m），并增设内支撑体系，形成的基坑深度达16.3m。盾构端头井区域基坑深度较大，达到18m，具体支护方案与主体围护结构一致，有所区别的是墙长延长到37.3m，插入比有所变化，由原来的1：1.2调整为1：1.3。
3数值模型
3.1基本假定
考虑到项目区域土体复杂的基本问题，加之各类因素干扰，仅凭理论层面的分析不具适用性，无法准确获悉到地下连续墙支护结构的实际状况，不利于各开挖时序的工艺调整，无法给后续监测点布置等工作创设可靠数据支持。相较之下，通过数值模拟的方式则突破了上述的局限性问题，基于AN－SYS软件，围绕平面应变问题创建出有限元模型，更好展开分析，暂排除基坑排水问题，换言之，土体固结并不在本次分析范围内，在计算过程中将其视为瞬时排水状况。
3.2模型参数
项目区域内的土体也要得到模拟，此处创建了Mohr-Coulomb模型，相关计算参数见表1。综合所在区域地质条件，加之地下连续墙与支撑体系都具备足够的刚度，因此无论是基坑开挖还是主体施作，这两大环节均表现为弹性工作状态，意味着在数值模拟环节也要考虑到线弹性模型问题，精确模拟出变形与受力状况。
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3.3几何模型
从基坑设计要求以及所在区域地质条件出发，创建出集合模型[3]。综合所给内容分析得知，设置有坐标原点，具体位于模型左下角，且所得模型呈两边对称特性，因此仅考虑其中一半即可。创建模型总高度60m，宽120m，原点右方向为X轴，原点向上为Y轴，以此为基准，沿着坐标轴方向即为正，反之变为负，通过消去法做进一步分析，共产生的迭代次数达到500步。
3.4边界条件与网格化分针
对模型创建边界条件，底部边界存在水平与垂直两大方向的约束形式，而左右边界仅存在水平约束，对模型做拆解处理可得到6节点三角单元形式，单元总量达到8300个，由此产生了17160个节点。
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4数值模拟结果分析
4.1施工模拟
为满足模型分析需求，对整个流程采取了简化操作，开挖施工总体上可得到7步，在计算初始应力场的基础上，具体步骤如下。
（1）第一步：施作地下连续墙，坑底地基加固土体置换；
（2）第二步：开挖第1层土，架设第1道混凝土支撑；
（3）第三步：开挖第2层土，架设第2道钢支撑；
（4）第四步：开挖第3层土，架设第3道钢支撑；
（5）第五步：开挖第4层土，架设第4道钢支撑；
（6）第六步：开挖第5层土，架设第5道钢支撑；
（7）第七步：开挖第6层土体。
4.2地表竖向位移变化
基于所得计算结果，假定右侧地下连续墙为起始点，并确定向右方向为正，在此基础上探寻各环节产生的地表沉降情况，如图1所示。基于上述内容得知，在对地下连续墙以及地基两部分采取加固措施时，缺乏对振动与土体扰动两方面的分析，所带来的结果有：第1步仅产生微弱沉降，可将其视为0；伴随着持续开挖，地表产生明显沉降并上升到8cm甚至更多，且呈现出越靠近基坑沉降越明显的特性，关于偏离基坑的区域，具体沉降形式以双曲线逐渐减少的特性为主，到达一定距离后大体趋于稳定；实际地表沉降明显，最大值为基坑开挖深度的4倍，该现象出现与所在区域软土特质有关。
4.3地表水平向位移变化不同施工阶段地表水平向位移变化情况如图2所示。
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基于上述内容分析得知：在第1步中，产生的水平与竖直方向位移大体一致，二者均趋近于0；伴随着持续性基坑开挖，会产生明显水平位移，在与连续墙较远的区域，产生的水平位移现象更为明显，最大值发生在与连续墙间距6m~7m的区域。相较之下，受开挖的影响会产生更为明显的垂直位移，只有在与连续墙间距约为100m时这一问题才得到有效缓解，该值趋近于0，总体来说影响范围已经超过了开挖深度的6倍甚至更多。
4.4支撑受力
创建计算模型，其中引入了梁单元以达到模拟支撑的效果，首道支撑为混凝土形式，余下的均为钢管形式，基于特定要求持续加载预应力，所得结果见表2。
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基于上述内容展开对各道支撑受力情况的分析：在首层土方挖掘过程中，发现第1道混凝土支撑产生了一定拉力，在持续性开挖之下，该支撑的轴力持续增大，但相比之下，第1道支撑受力普遍较小，在后续的第2道开挖中出现明显变化，至第5步时达到最大状态，为106.3kN，持续施工后，第3道支撑该现象更为明显，至第6步时已经达到了132.7kN，最后，在第4，5道支撑中到达顶峰后有所下降，以各自的第7步最为明显，分别为163.6kN与144.5kN。4.5基坑回弹以中间区域产生的回弹量最为明显，受土体质量过重的影响，在后续的第2步开挖中便出现初步回弹现象，达到1cm；伴随持续施工作业，第3步与第4步分别增至8cm与14cm，由于下部土层状况良好，虽有土层回弹现象但得到大幅控制，在展开第5，6，7步开挖时，形成的回弹量大体相当。关于墙边部分，回弹量普遍介于10cm~12cm范围内。
5结语
（1）基坑距离的持续加大，产生的地表沉降相对更小，呈双曲线逐渐减小的规律，总体来说地表沉降影响范围大，几乎达到了基坑深度的4倍，这是工程人员值得关注的要点；（2）最大水平位移发生区域较为特殊，具体为与地连墙6m~7m间距区域，受开挖影响，产生了明显地表水平位移现象，实际影响范围已经达到了开挖深度的6倍；（3）在开挖环节，支撑受力情况在不同高度状态不同，下层受力更为明显，且存在明显回弹现象。基于上述所得结论，可为监测点的设置提供指导，提升了软土地区深基坑的稳定性，同时也可保障周边建筑物不受到影响。
参考文献：
[1]杨正东，许汉华，刘文连，成词峰，毛勇.某软土地区深基坑支护工程设计实例[J].中国水运（下半月），2019（8）：260-261.
[2]杨骏，李夫杰，杨育僧.软土地区地铁车站深基坑施工坑外土体位移规律研究[J].太原理工大学学报，2015（5）：542-547.
[3]钟锴，黄信.导致软土地区深基坑异常变形原因分析[J].价值工程，2010（26）：72-73.