【正文】 區(qū)域。 本設(shè)計為東廣場基坑工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。 周邊施工影響 20xx年 3月 31日濟(jì)南軌道交通 6號線預(yù)埋工程與站前廣場同時達(dá)到177。 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件 工程地質(zhì)條件 勘區(qū)地層上部為第四系全新統(tǒng)河流沖積成因的軟可塑粘性土、局部夾中、粗砂、卵石土，下部為第四系更新統(tǒng)山前沖洪積成因的粘性土，夾砂土及卵石土，鉆探深度范圍內(nèi)地層可分為 9層，自上而下分述如下： ①填土：分布于場地表層，分為素填土（①層）和雜填土（① 1層）。 層厚： ～ 米，層底標(biāo)高： ～ 。 層厚： ～ ，層底深度： ～ ，層底標(biāo)高： ～ 米。該層內(nèi)主要有 4個亞層，分述如下： ⑤ 1粉質(zhì)粘土：灰黃色，可塑，含鐵錳氧化物、少量姜石，無 搖振反應(yīng)，刀切面較光滑，干強(qiáng)度和韌性中等；局部地段姜石含量可達(dá) 15～ 25%,為粉質(zhì)粘土混姜石。 ⑤ 4泥鈣質(zhì)膠結(jié)礫巖：淺棕黃色，呈泥鈣質(zhì)膠結(jié)，鉆探巖芯呈碎塊狀或短柱狀，零星分布。 ⑥ 2礫巖：淺棕黃色～棕黃色，泥、鈣質(zhì)膠結(jié)，鉆探巖芯呈硬塊狀。 ⑦ 2細(xì) 砂：淺棕黃色，中密，礦物成分為石英、長石，局部含少量卵石。 ⑧卵石、中砂夾粉質(zhì)粘土：該層以卵石為主，頂部局部分布中砂，中部夾棕黃色硬可塑粉質(zhì)粘土、膠結(jié)礫巖。主要呈薄層或透鏡體分布于該層中部。 ⑩強(qiáng)風(fēng)化輝長巖：黃綠色，密實(shí)，濕，礦物成分以普通輝石和斜長石為 主。 勘察報告提供相關(guān)參數(shù)如下表： 8 根據(jù)周邊類似基坑施工經(jīng)驗，結(jié)合基坑規(guī)范規(guī)程及相關(guān)文獻(xiàn)，考慮全封閉止水帷幕內(nèi)土層的降水作用和勘察報告土層相關(guān)指標(biāo)的實(shí)驗方法，經(jīng)與勘察單位協(xié)調(diào)溝通，將土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值（粘聚力 C、內(nèi)摩擦角φ）上調(diào) 10%，作為基坑支護(hù)設(shè)計力學(xué)參數(shù)： 地形地貌及水文地質(zhì)條件 擬建場地位于黃河 、小清河沖積平原的邊緣相，場地以北有小清河，以東有臘山河。主要由大氣降水和地下水滲流補(bǔ)給。采用分階放坡的土釘墻支護(hù)型式，設(shè)置六道土釘，掛網(wǎng)噴砼；加強(qiáng)段采用預(yù)應(yīng)力錨桿和土釘墻結(jié)合的復(fù)合土釘墻支護(hù)，設(shè)置二道土釘、四道預(yù)應(yīng)力錨索，掛網(wǎng)噴砼； （ 3）預(yù)埋地鐵 1號線外伸端東側(cè)（橫穿站東路，鄰近臨時道路） 33剖面：挖深約 ， 1:。 Ф： HRB335 強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fyk=335N/mm178。 10 取六根土釘做基本實(shí)驗，獲取土釘承載力設(shè)計值。 4）面層 土釘墻支護(hù)、放坡部分：面層鋼筋網(wǎng)按φ 250179。 降水 設(shè)計 （詳見施工圖） 綜合考慮場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，基坑周邊環(huán)境及基坑深度，依據(jù)基坑工程有關(guān)技術(shù)規(guī)范、規(guī)程，結(jié)合周邊類似工程經(jīng)驗，本工程采用全封閉止水帷幕的截水方案，大口徑管井坑內(nèi)降水，坑外回灌實(shí)現(xiàn)基坑開挖和主體建設(shè)必須的地下水控制目標(biāo)。 （ 4）基坑底邊線距地 下室外墻線按 ～ 。 （ 1）止水帷幕設(shè)計： ①北區(qū)酒店綜合體雙塔區(qū)域、南區(qū)高層辦公樓區(qū)域、地鐵 1線外伸部分的帷幕采用高壓旋噴，樁徑 1100mm，間距 800mm。根據(jù)需要添加早強(qiáng)劑。 36m（ 4倍柱網(wǎng)距）?？觾?nèi)設(shè)置疏干井，共 32眼。 降水井 (疏干井 )井徑 700mm，井管直徑 500mm，井管采用混凝土無砂濾水管，管壁外側(cè)回填濾料。500179。 （ 5）做好雨季期間基坑坑頂?shù)孛嬗不约翱觾?nèi)、外積水的有組織排放； （ 6）疏干井避開主體建筑基礎(chǔ)樁基位置，若位置與樁位沖突，降水井可在2m范圍內(nèi)移動。 ① 繪制地表沉降曲線，分析各設(shè)計剖面基坑開挖引起的地表沉降規(guī)律，沉降最大值及出現(xiàn)的位置。 ③ 研究坑底隆起變形規(guī)律。 14 第二章 計算原理 根據(jù)地質(zhì)勘察報告、設(shè)計圖紙和研究目標(biāo)，我 們選用 FLAC3D開展數(shù)值模擬研究。 FLAC3D計算原理 (1) 空間導(dǎo)數(shù)的有限差分近似 在 FLAC3D中采用了混合離散方法，區(qū)域被劃分為常應(yīng)變六面體單元的集合體，而在計算過程中，程序內(nèi)部又將每個六面體分為以六面體角點(diǎn)為角點(diǎn)的常應(yīng)變四面體的集合體，變量均在四 面體上進(jìn)行計算，六面體單元的應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)≈禐槠鋬?nèi)四面體的體積加權(quán)平均。 lm 為 l 節(jié)點(diǎn)的集中質(zhì)量，在分析靜態(tài)問題時，采用虛擬質(zhì)量以保證數(shù)值穩(wěn)定，而在分析動態(tài)問題時則采用實(shí)際的集中質(zhì)量。 （ 2） FLAC3D利用動態(tài)的運(yùn)動方程進(jìn)行求解，即使問題在本質(zhì)上是靜力問題。此外，顯式法不形成剛度矩陣，每一步計算所需計算機(jī)內(nèi)存很小，使用較少 的計算機(jī)內(nèi)存就可以模擬大量的單元，特別適于在微機(jī)上操作。 ?三種彈性模型：各向同性、橫向各向同性、正交各向異性。 ?靜力模式。動力計算可以與滲流問題相耦合?？梢阅M地下水流、孔隙壓力耗散以及可變形孔隙介質(zhì)與其間的粘性流體的耦合。滲流計算可以與靜力、動力或溫度計算耦合，也可以單獨(dú)計算。 (3) FLAC3D可以模擬多種結(jié)構(gòu)形式。 ?FLAC3D的網(wǎng)格中可以有界面，這種界面將計算網(wǎng)格分割為若干部分，界面兩邊的網(wǎng)格可以分離，也可以發(fā)生滑動，因此，界面可以模擬節(jié)理、斷層或虛擬的物理邊界。 FLAC3D計算中的問題 （ 1）地下工程中的模型建立 地下工程的數(shù)值模擬中一個非常突出的問題就是單元的離散化比較困難。 （ 2）邊界條件的處理 ① 應(yīng)力邊界條件 18 FLAC3D 中默認(rèn)情況下，邊界為自由表面（自由表面是一種特殊的應(yīng)力邊界條件）使用其內(nèi)部命令，可以給出任一邊界或部分邊界的外力和應(yīng)力情況。 FLAC通過速度來控制位移。 控制位移為零，只需將速度取得很小，計算時步取得很大即可。初始應(yīng)力場主要由巖體自重和地質(zhì)構(gòu)造力產(chǎn)生。 初始的自重應(yīng)力場，可以先在自重條件下計算至平衡，然后再將所有的節(jié)點(diǎn)位移置零。FLAC3D 既可以單獨(dú)進(jìn)行流體計算，只考慮滲流的作用，也可以將流體計算與力學(xué)計算進(jìn)行耦合，也就是常 說的流固耦合計算。對于地下水問題， FLAC3D 認(rèn)為地下水位以上的孔壓為零，且不考慮氣相的作用，這種近似方法對于可忽略毛細(xì)作 用的材料是適用的。 FLAC3D 中的滲流計算具有以下特點(diǎn)： (1) 針對不同材料的滲流特點(diǎn)，提供了三種滲流模型：各 向同性、各向異性及不透水模型； (2) 不同的單元可以賦予不同的滲流模型和滲流參數(shù)； (3) 提供了豐富而又實(shí)用的流體邊界條件，包括流體壓力、涌入量、滲漏量、不可滲透邊界、抽水井、點(diǎn)源或體積源等。 對于小變形，流體 質(zhì)量守恒 方程為： tqq vii ????? ?, () 20 式中 qv是流體 單位 體積源 強(qiáng) 度 (1/s)， ζ 是單位體積孔隙介質(zhì)的流體體積 變化量。在滲流模式中，可以進(jìn)行瞬態(tài)滲流計算，孔隙水壓力隨著浸潤線的改變而改變；還可以進(jìn)行有效應(yīng)力計算、不排水計算以及完全流固耦合計算。對于理想多孔介質(zhì)，比奧模量 M 與流體體積模量 Kf的關(guān)系為： ( ) (1 ) /f fKM n n K K??? ? ? ? () 其中， K 為固體體積模量，而對于室溫下的純水而言 Kf=2179。 對于特定的流體問題，在計算之前首先要進(jìn)行分析，考察該問題的一些指標(biāo)，如時標(biāo)、施加擾動的屬性及流固剛度比等，以便于采用合理的分析方法。力學(xué)過程和流體擴(kuò)撒過程的特征時間分別定義為 4 / 3mccutLKG?? ? () 2 /fcct L c? () 其中， Lc為特征長度 (模型體積與表面積之比 )， Ku 是不排水體積模量， G 為剪切模量， ρ 是密度， c 是擴(kuò)撒率。 錨桿單元 原理 錨單元的軸向行為特性采用一維模型描述，軸向剛度 K 為 LAEK? () 式中： A為錨單元的橫截面積， E 為彈性模量， L為錨單元的長度。 t3。該模型反映了錨桿（索）與巖體界面（漿體）直接的剪切特性。為漿體摩擦角， Pg 為漿體與錨單元或巖體的實(shí)際周長，σ m為有效圍壓。錨桿與巖體間的界面可以發(fā)生剪切屈服、產(chǎn)生滑動直至拉拔破壞。西客站基坑工程是重要的臨時工程，為合 理評估基坑開挖引起的 水平 變形及地表沉降，確?；娱_挖對周圍環(huán)境和建筑物的影響控制在允許范圍之內(nèi)。 表 計算方案編號 方案編號 對應(yīng)的設(shè)計剖面 主要設(shè)計參數(shù) 方案一 11支護(hù)單元 挖深約 ， 1:。采用分階放坡的土釘墻支護(hù)型式，設(shè)置六道土釘，掛網(wǎng)噴砼。 25 （ 2） 建模說明 工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地層分布厚度不均 勻。噴層面板 采用 shell 殼單元模擬，線彈性本構(gòu)模型。 開挖順序示意如圖 。基 坑變形分析假定不受地下水位的影響，計算 土體 取飽和重度。 上述理論關(guān)系的與實(shí)測值 不相符，實(shí)測的變形模量往往會大于相應(yīng)的壓縮模量，甚至達(dá)到數(shù)倍。本文 ? 取 3倍，得到計算用變形模量，如表 。計算用的 土釘 力學(xué)參數(shù)如表 。 27 表 土釘物理力學(xué)參數(shù) 序號 土釘型號 密度? (kg/m3) 彈性模量 E (GPa) 橫截面積 A (mm2) 漿體粘聚力 Cg (N/m) 漿體摩擦角 g? 漿體剛度 gk (N/m/m) 漿體周長 gP (mm) 壓縮強(qiáng)度 cF (KN) 拉伸強(qiáng)度 tF (KN) 1 Φ20 7800 200 2179。 107 錨桿采用預(yù)應(yīng)力錨索， 錨桿長度 ～ ，鉆孔直徑 150mm，桿體材料φ（鋼絞線）。 表 預(yù)就歷程錨索 物理力學(xué)參數(shù) 序號 土釘型號 密度? (kg/m3) 彈性模量 E (GPa) 橫截面積 A (mm2) 漿體粘聚力 Cg (N/m) 漿體摩擦角g? 漿體 剛度gk (N/m/m) 漿體周長 gP (mm) 壓縮強(qiáng)度 cF (KN) 拉伸強(qiáng)度 tF (KN) 1 自由段 7800 195 1 1 1 471 2 錨固段 7800 195 2179。加強(qiáng)段和地鐵 1線外伸部分端部：面層鋼筋網(wǎng)按φ 8200179。模型左右邊界、前后邊 28 界施工法向約束，底邊界施加固定約束，如圖 。土釘設(shè)計按梅花形布置，水平間距為 m。 圖 變形監(jiān) 測點(diǎn)示意圖（地表、邊坡、坑底） 方案一合位移云圖及矢量圖 ，如 圖 ~圖 。 31 圖 方案一合位移云圖 及矢量圖 (第一步開挖 ) 圖 方案一合位移云圖及矢量圖 (第二步開挖 ) 32 圖 方案一合位移云圖及矢量圖 (第三步開挖 ) 圖 方案一合位移云圖及矢量圖 (第四步開挖 ) 33 圖 方案一合位移云圖及矢量圖 (第五步開挖 ) 圖 方案一合位移云圖及矢量圖 (第六步開挖 ) 34 方案一地面沉降曲線如圖 。 2 mm 影響范圍在基坑外 40 m， 1 mm 影響范圍在基坑外 52 m?？禹斚蚧油庾冃?。因為受到基坑外土體的約束作用， 最小值出現(xiàn)在坑腳位置，隆起值為 mm。最大軸力出現(xiàn)下排土釘?shù)闹虚g部位，達(dá)到 KN， 遠(yuǎn) 小于土釘拉伸屈服 36 強(qiáng)度。 土釘、錨索按梅花形布置 ， 計算模型沿基坑周邊走向方向取 m，如圖 。由圖可見，隨基坑開挖基坑坑底和邊坡有向上、向內(nèi)反彈變形的趨勢。最大 沉降值為 ，出現(xiàn)在離基坑邊緣約 20m的位置?？禹斚蚧油庾冃?。最大值出現(xiàn)在距坡腳約 12 m 處，最大值為 mm。 圖 方案二土釘軸力圖 42 方案一和方案二對比分析 為分析方案一和方案二控制基坑開挖變形方面的效果，把方案一和方案二變形數(shù)據(jù)繪制在同一個曲線上， 地表沉降、坡面變形、坑底隆起曲線，如圖 ~圖 。 土 釘設(shè)計參數(shù)，如表 。為簡化計算，土釘按矩形網(wǎng)格布置，計算模型沿基坑周邊走向方向取 ，如圖 。 47 圖 方案三基坑開挖完成后 合位移云圖及矢量圖 方案三地面沉降曲線如 圖 。 方案三坡面水平變形曲線，如圖 。最大變形出在基坑深度 m 處，接近坑腳的位置，最大水平水 移值 mm。 48 方案三地表沉降曲線 到坑頂邊緣距離（m）地表沉降（mm） 圖 方案三地表沉降曲線 方案三基坑坡面變形曲線 水平位移（mm）深度（m） 圖 方案三坡面水平變形曲線 49 方案三坑底向上反彈曲線60708090100110120 到坑腳距離（m）坑底隆起（mm） 圖 方案三坑底向上隆 起曲線 土釘軸力結(jié)果及分析 基坑開挖完成后，土釘軸力如圖 。 圖 方案三土釘軸力圖 50 方案四 建模 22 支護(hù)加強(qiáng)段單元剖面圖，如圖 。 圖 22 支護(hù)單元加強(qiáng)段剖面圖 表 22支護(hù)剖面加強(qiáng)段土釘設(shè)計參數(shù) 土釘