基坑开挖对临近桥墩基础变形的影响分析

随着城市建设的大力发展，城市建筑工程、

市政道路工程中基坑工程也日渐增多，城市中周边建（构）筑物密集、地铁、管线等众多，周边环境复杂，对地基变形要求高。因此，必须严格控制基坑开挖及使用过程引起的周边地基变形。目前已经有大量学者对基坑工程的变形

进行了大量研究，

研究表明影响基坑变形的主要因素有支护结构的刚度及入土深度、支撑的位置与数量、土体参数等。本文采用ABAQUS 有限元分析软件对某基坑工

程进行建模，重点讨论基坑开挖过程对临近高架桥桥墩变形的影响。

2工程概况

某基坑围护墙距离高架桥桩基中心距离约为25.8m，普遍侧距离约40m。基坑支护采用放坡开挖和预应力管桩结合的方式，基坑深度为4.92m。

2.1工程地质

根据本工程的勘察资料，

地基土在勘探深度范围内可划分为8个工程地质层17个亚层，自上而下分为：①0杂填土，①1黏土，②1淤泥，②2淤泥，③3圆砾，④1黏土，④2黏土，④3砾砂，⑤1粉质黏土，⑤2黏土，⑤3砾砂，⑥1粉质黏土，⑨1含砾粉质黏土。

2.2地下水

场地地下水为上部孔隙潜水，中部为承压水，底部

为基岩裂隙水。孔隙潜水赋水介质为黏土、淤泥，水量贫乏，水迳流条件差，受大气降水及河流补给，排泄以蒸发、侧向排水为主，水量贫乏。勘察期间观测的孔隙潜水

初见水位及静止水位埋深为0.20～1.60m，水位高程为3.26～4.34m，地下水水位最大变幅为1.00～1.50m。综合判定本工程地下水对本工程桩基设计及施工影响较小。

2.3岩土设计参数

工程勘察资料提供的土层参数如表1所示：

基坑开挖对临近桥墩基础变形的影响分析

李杰

（广东省建筑设计研究院）

【摘要】城市中基坑工程对基坑周边变形要求严格，

大量研究成果表明基坑变形与支护结构的刚度、支撑的数量与位置、土体参数等有关。

本文采用ABAQUS 有限元分析软件对某基坑开挖对临近基坑桥墩基础进行模拟，结合有限元和理论计算结果，分析了基坑开挖对临近基坑的桥墩变形的影响。【关键词】基坑变形；

有限元；

桥墩基础变形图1基坑剖面

层序岩土名称重度厚度粘聚力内摩

擦角压缩模量

变形模量

γh c φE s1-2E o (kN/m 3)(m)(kPa)(°)(MPa)(MPa)①1黏土16.70 2.0017.513.2 2.-②1淤泥15.5613.009.57.9 1.65-②2淤泥16.177.0012.410.2 1.-④2黏土17.298.0011.3 4.8 3.26-④3砾砂18.90

3.00---15.0⑤1粉质黏土18.10.0023.41

4.3

5.31-⑤2黏土17.13 5.0010.4

4.4 3.45-⑤3

砾砂

19.00

9.00---20.0⑨1

含砾粉质黏土

20.007.00

---20.0

表1岩土参数

工程试验与研究

25--

广东建材2019年第1期

(a)围护结构水平位移U1

(b)围护结构水平位移U2

图3

(a)群桩水平位移U1(b)群桩竖向位移U3

图4

沉降类型桥上轨道类型限值墩台均匀沉降有砟轨道80mm 无砟轨道50mm 相邻墩台沉降差

有砟轨道20mm 无砟轨道

10mm

表2竖向位移限值

3有限元模型

有限元分析采用ABAQUS 有限元分析软件。整个有

限元分析模型分成5个部分：

地基土、围护墙（预应力管桩简化）、开挖土层1、开挖土层2、群桩。考虑基坑变形影响范围为2～3倍基坑深度，

分析模型地基土厚65m，长200m，宽150m，共有九层土，土层计算参数见表1。土体材料选用摩尔－库伦模型。

假设施工模拟计算时土体和结构材料的应力应变均处于弹塑性范围。基坑分两层

开挖，第一层开挖层厚1.375m，第二层厚3.225m。预应力管桩简化为连续墙，墙宽0.6m，深12m，详见

图2。墙体分为三个部分，

墙体模量经等效刚度换算得到，E 1=8504MPa，E 2=10598MPa，E 3=91125MPa。

不同部分之间接触简化为Tie 接触。整个模型单元类型为C3D8R （3D STRESS），边界条件：模型底部为固定约束，左右两侧X 方向的位移及其转角，前后侧限

制Y 方向的位移及转角，墙底为固定约束。

4模拟结果分析

图3为围护墙的总位移U、X 方向水平位移U1、Y 方向水平位移U2和竖向位移U3。最大水平位移U1为37.9mm，最大竖向位移为10.9mm。

图4为群桩水平位移与竖向位移云图，承台水平位移为3.1mm，桩身最大水平位移3.04mm，最大竖向位移0.28mm。

根据相关规定，墩台的水平位移应满足以下公式：

Δ＜3.5L

姨本工程墩台距离为35m，得水平限值为21mm。墩台的竖向位移的限值如表2所示：

根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》3.2.1条，墩台均匀沉降量要控制在40mm，相邻墩台沉降差控制在20mm，根据《高速铁路设计规范》7.3.10条，墩台均匀沉

图2

模型网格示意图

(下转第20页)

工程试验与研究26--

广州大学城的外环路的软土地基处理方案主要使用的就是堆载预压法，张记龙［2］详细介绍了用塑料排水板与堆载预压相结合处理外环路软土路基的机理、设计、施工、质量控制等。堆载预压法设计计算理论较为成熟，施工简单且加固效果好，但需要大量堆土且工期较长。大学城建设时大量的堆土可就近取材，解决了堆材的问题。而在工期方面，由于采用了塑料排水板，加快了排水固结的速度，解决了工期长的问题。从道路沉降的统计分析来看，排查出的沉降点虽然多，但总体来说大学城外环路的沉降符合设计的要求。故当时采用堆载预压法作为软基处理方案是比较合适且经济的。

4.2软基处理新技术

针对西北部的广州大学附近地区的软弱地基问题，王可怡［3］等采用概念设计的方法，通过开展试验研究、工程检测和软土微观结构定性定量分析，综合提出了“整体规划，系统设计”的大面积软弱地基处理设计理念及“吹砂填淤、动静结合、分区处理，少击多遍、逐级加能、双向排水”的饱和软土地基预处理新技术。综合使用了多种技术，如动力排水固结法、水泥土搅拌法等。

该方案成功解决了该地区的软基问题，同时减少了资源的浪费，经济效益好。广州大学附近地区是小谷围岛上工程地质条件相对较差的地区，经该方案进行软基处理后，工后沉降基本满足设计要求。从道路沉降的统计分析来看，虽然该地区是沉降点的密集区，但考虑到

工程地质及使用情况，采用上述软基处理新技术是合适的。

5结论

根据调查与统计分析，广州大学城道路沉降的原因主要有两个，一是广州大学城处于软土地区，工程地质条件较差，容易发生不均匀沉降。二是投入使用的时间较长，承受活载的频度高，本来软弱的地基在荷载的频繁作用下产生沉降。从分布特征看，道路的沉降广泛分布于全岛，尤其是东北部的广东外语外贸大学和中山大学附近地区以及处于西北部的广州大学附近地区，道路的沉降相对更严重。此外，广州大学城一期工程从2003年9月开始动工，要求至2004年6月底竣工验收并交付使用。如此短的施工工期，地基的处理方案和施工的质量对道路的不均匀沉降也会有一定的影响。而以往工程的应用都证明堆载预压法和相关软基处理的新技术在大学城的地基预处理方面能取得较好的效果。●

【参考文献】

[1]阙金声,陈剑平,石丙飞.广州大学城软土的工程地质性质统计分析[J].煤田地质与勘探,2007,35(1):49-52.

[2]张记龙.用堆载预压法加固广州大学城外环路软土路基[J].工程科技,2005(3):67-70.

[3]王可怡,陈燃,方启超,等.广州大学城软弱地基处理新技术的研究与应用[J].中国科技成果,2008(5):35-38.

降量要控制在20mm，差异沉降要控制在5mm。

根据木林隆等（2012）提出的方法计算，桩顶水平位移4.21×10-5mm，横向转角为1.34×10-10，竖向沉降为1.78×10-6mm。沉降与沉降差均能满足上述规范，认为基坑开挖对该群桩基础没有影响。

5结论

通过采用ABAQUS软件对该工程基坑进行数值模拟，结合理论计算结果，该基坑开挖对临近桥墩基坑变形的影响能满足相关工程要求。本文结论如下：

⑴围护结构中预制桩采用长短交错布置，而分析中均采用等效长度，长短围护排桩变形可能存在差异，可采取措施增加围护结构的整体性；

⑵数值模拟与实际施工过程存在差异，在基坑施工

过程应增加对围护结构长短桩的差异变形以及支护结构的水平位移、桥墩基础的监测。如监测结果出现异常或报警，应及时停工，采取措施减小基坑变形。●

【参考文献】

［1］黄茂松，朱晓宇，张陈蓉.基于周边既有建筑物承载能力的基坑变形控制标准[J].岩土工程学报，2012,31(11):2305-2311.［2］木林隆，黄茂松.基于小应变特性的基坑开挖对邻近桩基影响分析方法[J].岩土工程学报,2014(S2):304-310.

［3］木林隆，黄茂松，王卫东.分层地基中隧道开挖对邻近刚性桩筏基础竖向影响分析[J].岩土工程学报，2011，33(7): 1082-1090.

［4］梅利芳，李立凤，高琦.深基坑支护结构数值模拟及变形分析[J].湖北工业大学学报,2016,31(5):80-83.

(上接第26页)

质量控制与检测

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