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深基坑數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測分析

文檔作者：何本貴1 劉芳2 高謙3 王秀麗1 文檔來源： 1．林同棱國際工程咨詢(中國)有限公司北京分公司 2．清華大學(xué)基建規(guī)劃處 3．北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年11月17日
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2011年10月上
第40卷第350期
施工技術(shù)
CONSTRUCTlON TECHNOLOGY 6l
深基坑數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測分析
何本貴1，劉芳2，高謙3，王秀麗1
(1．林同棱國際工程咨詢(中國)有限公司北京分公司，北京100lOl；
2．清華大學(xué)基建規(guī)劃處，北京lO0084；3．北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083)
【摘要]以北京某深基坑工程為例，利用數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，對(duì)基坑的設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)?？紤]了
地下連續(xù)墻與土體的相互作用，利用有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算方法模擬深基坑開挖支護(hù)的動(dòng)態(tài)過程，并與基坑變形監(jiān)測
數(shù)據(jù)相比較，從不同角度對(duì)深基坑的開挖支護(hù)進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)判。結(jié)果表明，理論分析和實(shí)際監(jiān)測結(jié)果較吻合，為本
工程的順利實(shí)施提供了依據(jù)。
[關(guān)鍵詞]地下工程；深基坑；地下連續(xù)墻；施下模擬；監(jiān)測
[中圖分類號(hào)]Tu413．62 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A [文章編號(hào)]1002—8498(2011)19—0061m3
Analysis Of Numerical SimuIatiOn Of Deep
Foundation and on-site Monitoring
He Benguil，Liu Fan92，Ga0 Qian3，Wang×iu¨1
(1．曰e講增口mnc^可r y．￡訊脅咖口tionnf gngine刪ng cowum昭(c_Ili，l口)co．，L砬，Be彬增100101，吼i，l口；
2．co船tr眥勘n帆d C口mPw州nn，Ii增嚦ce礦乳i增_h“Ⅱ￡，n抽梆妙，曰e彬昭100084，mi№；
3．c而訂&amp;amp;En甜irDnmem E，lgineeri，lg j％^DDz，un西e巧i￡，，礦Sc拓nce＆7Tec^nozo魯y Be彬，lg，曰e舛，lg 100083，c矗i，l口)
Abstract：Based on some deep foundation engineering in Beijing， authors make stability eValuation on
design and constmction of fbundation excaVatjon according to nume“cal simulation and on—site
monitoring． Taking the interaction of diaphmgm wall and soil into consideration， authors simulate tlle
excavation step sequence by using the“ni￡e difference numerical calculation and compare with foundation
defbrmatjon monitoring data． They make stability eValuation on deep foundation excaVation and suppon
from dif億rent angles．Results show that theoretical analysis and actual monitoring results agree wen which
make the constIuction smooth．
Key words：underground；deep foundation excavation；diagram wall；simulation；monitoring
以北京某深基坑T程為實(shí)例，利用數(shù)值模擬和
現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，對(duì)基坑設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)
價(jià)，為保證工程的順利進(jìn)行提供了理論和現(xiàn)實(shí)依
據(jù)，并為今后類似工程提供一定的參考價(jià)值。
1 工程概況
某項(xiàng)目位于北京市朝陽區(qū)，總占地面積約
30 600m 2，總建筑面積20萬m2。本工程地下結(jié)構(gòu)
變化比較復(fù)雜，±0．000m以下為4層結(jié)構(gòu)，包括2
層正式用房和2層地下室。純地下結(jié)構(gòu)部分僅有最
下面的2層地下室，上部形成環(huán)繞主體建筑的下沉
式廣場?；?xùn)|西長186．847m，南北長155．77lm，
【收稿日期】20llm2·16
【作者簡介】何本貴，林同校國際J二程咨詢(中圍)有限公司北京分
公司工程師，碩士，北京市朝陽區(qū)北辰婀路8號(hào)北辰世紀(jì)中心1226一
1231室loolOl，電話：13261959212，E-mail：air710@126．c啪
深21．635m，局部深17．435，8．5m。該基坑一8．5m
以上采用土釘墻支護(hù)，一8．5m以下采用地下連續(xù)
墻。地下連續(xù)墻墻寬600mm，共劃分107個(gè)槽段，
標(biāo)準(zhǔn)槽段為6．6m，局部為異形段。
2計(jì)算模型的建立
對(duì)于本1：程，根據(jù)基坑的對(duì)稱性，選取了1／4模
型，即基坑的西南角，西側(cè)和南側(cè)都采用了4排錨索
支護(hù)，基坑l／4模型尺寸取為95m×80m×2lm，考
慮西側(cè)基坑上部荷載以及周邊影響范圍，模型底取
為地面以下54m，西側(cè)和南側(cè)各擴(kuò)展50m，模型整體
尺寸取為150m×130m×54m。
計(jì)算模型劃分為50×50×18共45 000個(gè)單元，
模型四周限制水平移動(dòng)，即水平方向的位移為0；模
型底部限制水平和垂直移動(dòng)，即菇，y和z方向的位
移都為0。各層土體的計(jì)算參數(shù)如表l所示。
萬方數(shù)據(jù)
62 施工技術(shù)第40卷
表l土體力學(xué)參數(shù)
TabIe l MechanicaI parameters 0f so豇
計(jì)算過程如下：首先施加重力場，計(jì)算土體的
初始應(yīng)力場，并將初始位移置O。共分5步開挖，每
次開挖完成后計(jì)算模型中土和支護(hù)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。
第1步開挖至一4．5m，第2步開挖至一8．5m，第3
步開挖至～13．5m，第4步開挖至一18．5m，第5步
開挖至基坑底一21．675m。
3分步開挖模擬和計(jì)算結(jié)果分析
數(shù)值模擬計(jì)算中，在FLAc如中對(duì)三維模型劃定
了一些特征點(diǎn)，并記錄特征點(diǎn)的位移情況，圖1為現(xiàn)
場平面西側(cè)監(jiān)測點(diǎn)布置。在數(shù)值計(jì)算中，對(duì)監(jiān)測點(diǎn)
w4，w5，w6進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。以西側(cè)中點(diǎn)w4為例，
監(jiān)測點(diǎn)w4的頂部在模型坐標(biāo)中為(0，80，21)。圖
2為w4在豎直和沿基坑內(nèi)側(cè)方向的位移數(shù)值模擬
監(jiān)測曲線。
⑩
⑥
⑥
①
@
⑨
①
⑤
⑨
⑤
⑤
④
● —＼=＼坡頂線
o 監(jiān)測點(diǎn)w1地卞連續(xù)墻
r¨
監(jiān)測點(diǎn)w2
C
—一監(jiān)測點(diǎn)w3 '
e 監(jiān)測點(diǎn)w4
—o“ 監(jiān)測點(diǎn)w5
一
監(jiān)測點(diǎn)w6
}—一
寺一 監(jiān)測點(diǎn)w7
o P～
一
圖1 西側(cè)平面監(jiān)測點(diǎn)布置
Fig．1 Layout of plane monitOring points in the w船t side
{ ，／—一2．436
l／ 裟
{ ／ 2．43《’
13 ／ g 2．428
{／ 呂2．426
l／ ≤臻!
J／ 2．420
2 黜
1．()o 1．05 1．10 I．15
104 s汜D
a豎直方向
l伊sIep
b向基坑內(nèi)側(cè)方向
圖2 W4位移監(jiān)測曲線
F蟾．2 Displacement monitoring curve of w4
從圖2中可以看出水平位移和豎向位移均趨于
某個(gè)特定值，豎直方向位移為0．2mm，沿坑內(nèi)方向
水平位移為24．4mm，可見此時(shí)的位移滿足基坑穩(wěn)
定的要求，說明支護(hù)的可行性。
類似上述方法，統(tǒng)計(jì)w4，w5，w6沿豎向各點(diǎn)
水平位移情況如圖3所示，數(shù)值模擬水平位移沿基
坑內(nèi)側(cè)為正。
一30 —25 ．20 一l 5 ．】O 一5 0
基坑深度／m
30
25￡
20姜
1 5蓉
lO}
5*
0
圖3各跟蹤點(diǎn)水平位移隨基坑深度變化曲線
Fig．3 The curve of dispIacement with
the depth Of fbundation
由圖3可知，基坑頂部W4處位移較w5和w6
處大，也就說明在基坑中間位移值最大。對(duì)于同一
點(diǎn)來說，隨著基坑深度增加位移值逐漸變小，在地
下連續(xù)墻底部接近為零。
4地下連續(xù)墻水平位移監(jiān)測
深基坑開挖施工過程中，基坑內(nèi)外的土體將由
原來的靜止土壓力狀態(tài)向主動(dòng)土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變，應(yīng)
力狀態(tài)的改變引起土體的變形，即使采取了支護(hù)措
施，一定數(shù)量的變形總是難以避免。因此，深基坑
的位移監(jiān)測一直是深基坑施工中需要重點(diǎn)注意的
問題，只有及時(shí)有效地獲取第一手監(jiān)測資料，及時(shí)
調(diào)整開挖速度及位置，才能保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定
性，以便工程順利進(jìn)行。在本工程深基坑支護(hù)開挖
過程中，由于基坑深度較大，周邊環(huán)境復(fù)雜，為確保
基坑支護(hù)安全，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)基坑的位移規(guī)律，有必
要對(duì)基坑進(jìn)行位移監(jiān)測，并作一些對(duì)比分析。
4．1現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)的布置
為了及時(shí)收集、反饋和分析周圍環(huán)境與圍護(hù)結(jié)
構(gòu)在施工中的變形信息，實(shí)現(xiàn)信息化施工，確保基
礎(chǔ)施工安全，綜合業(yè)主提供的資料和工程特點(diǎn)，本
監(jiān)測工程設(shè)置了以下幾方面監(jiān)測內(nèi)容：①周圍地下
管線變形(沉降，位移)監(jiān)測；②基坑外地下水位監(jiān)
測；③深層土體位移監(jiān)測；④圍護(hù)墻頂面變形(沉
降、位移)監(jiān)測。
對(duì)于現(xiàn)場基坑變形，西側(cè)布置了7個(gè)點(diǎn)，東側(cè)布
置了6個(gè)，北側(cè)布置了7個(gè)，南側(cè)布置了11個(gè)。
4．2監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
W4監(jiān)測點(diǎn)地下連續(xù)墻深度一位移曲線如圖4
所示。
6月底西側(cè)地下連續(xù)墻基本施工完成，此時(shí)w4
處一8．5m以下尚未開挖，墻體基本沒有位移。到
3
4
5
6
7
8
9
0，2
3
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
萬方數(shù)據(jù)
何本貴等：深基坑數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測分析63
U ， I¨ I) 上U
深度，m
圖4 w4監(jiān)測點(diǎn)地下連續(xù)墻深度-位移曲線
Fig．4 Depth-dispIacement curVes of diaphragm
wa兒at monitOring pOint W4
10月21日土方已挖至一20．5m，墻體受側(cè)向土壓力
作用水平位移有很大發(fā)展，其中地下連續(xù)墻上部8m
水平位移基本一致，一20．5m以下埋在土體中地下
連續(xù)墻水平位移遞減較快，最終地下連續(xù)墻根部水
平位移趨于零。12月15日監(jiān)測值較10月21日又
有一些發(fā)展，主要表現(xiàn)在地下連續(xù)墻上部，但其最
大值為18．5mm，小于容許位移值。
將地下連續(xù)墻w4處各點(diǎn)的數(shù)值模擬水平位移
值與現(xiàn)場監(jiān)測進(jìn)行比較，如圖5所示。
20
18
播|
鹱2
0
一)¨ -2U —lU U
深度，m
圖5現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值模擬比較
F蟾．5 Comparison between site monnoring
and numerical simuIatiOn
從圖5中看出現(xiàn)場監(jiān)測值均大于FLAc30模擬
值，原因有以下幾點(diǎn)：①計(jì)算模型建立的缺陷性，包
括邊界處理、參數(shù)取值、模型范圍、單元?jiǎng)澐值取＂?
數(shù)值計(jì)算沒有考慮地面施工荷載及地下水位的變
化影響。③數(shù)值計(jì)算沒有考慮位移的時(shí)間效應(yīng)。
5錨索內(nèi)力監(jiān)測
工程基坑支護(hù)采用組合支護(hù)體系，基坑上部
8．5m采用復(fù)合土釘支護(hù)，下部采用地下連續(xù)墻+預(yù)
應(yīng)力錨桿支護(hù)。由于工程基坑支護(hù)施工周期長。施
工條件復(fù)雜，為確保工程安全，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索采用
錨索測力計(jì)進(jìn)行了長期監(jiān)測。本工程預(yù)應(yīng)力采用
500，700kN，在施工開挖過程中，時(shí)時(shí)監(jiān)測，錨索的
軸向拉力浮動(dòng)很小，說明預(yù)應(yīng)力損失較小，同時(shí)土
體開挖過程中，周邊基坑長期穩(wěn)定，并未出現(xiàn)滑移，
保證了工程施工的順利進(jìn)行。
6 結(jié)語
1)通過有限差分程序FLAC30對(duì)該深基坑進(jìn)行
了模擬，考慮到支護(hù)和土體的相互作用，從位移分
析可知支護(hù)后的位移滿足基坑穩(wěn)定性要求。在地
下連續(xù)墻、預(yù)應(yīng)力錨索和土釘墻的組合支護(hù)下能很
好地保證基坑的穩(wěn)定性。
2)通過對(duì)地下連續(xù)墻水平位移的現(xiàn)場監(jiān)測和
數(shù)值模擬比較可知兩者發(fā)展趨勢基本一致，說明
FLAc”在模擬基坑開挖支護(hù)中有一定的實(shí)用價(jià)值，
對(duì)本工程順利實(shí)施提供了一定的保障；但兩者還存
在一定的差異，需要更深入細(xì)致地模擬。
3)本基坑在實(shí)施過程中，現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬
分析結(jié)果基本趨于一致，若出現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測值超出規(guī)
范規(guī)定的位移值，需對(duì)原有設(shè)計(jì)及施工步序進(jìn)行動(dòng)
態(tài)調(diào)整。
參考文獻(xiàn)：
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(上接第32頁)
足設(shè)計(jì)和相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。
7結(jié)語
實(shí)踐表明，系統(tǒng)細(xì)致的理論計(jì)算是施工的基
礎(chǔ)，科學(xué)合理的方案是施工的依據(jù)，及時(shí)準(zhǔn)確的過
程監(jiān)測是施工的重要保證。針對(duì)工程自身的特點(diǎn)，
長春汽車博物館鋼結(jié)構(gòu)丁程成功的應(yīng)用了上述先
進(jìn)技術(shù)，為其他類似工程積累了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。
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O

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