圆形基坑地下连续墙的稳定性分析

摘 要 通过对连续墙不同入土深度时某地铁风井圆形基坑的设计方案进行离心模型试验,分析了基坑开挖引起的位移,得出了直径小于 30 m 的圆形基坑入土系数的合理取值范围,并总结了圆形基坑位移的规律。关键词 圆形基坑,地下连续墙,入土系数,离心模型试验 地铁要求保持空气流通以保护群众和保证系统的安全。风井是地铁的一个重要组成部分。地铁的风井结构既有矩形基坑,也有圆形基坑。目前,上海地区基坑工程的设计均以长条形基坑为基础[1 ] ,把基坑当作一个平面应变问题来讨论。为了保证基坑底部的稳定,其入土系数通常取为 0. 6～ 1. 0[2 ] ,设计方法通常采纳经验法、有限元和模型试验相结合。对于圆形基坑,其围护结构的受力比长条形基坑有利,具有明显的空间效应,但地下连续墙合理入土深度的选取还未见之于法律规范。根据上海迄今为止的工程实践表明,圆形基坑的入土系数可以在 0. 2～0. 7 之间变化,但尚缺乏成熟的计算方法。本文以某圆形基坑为例,通过离心模型试验对不同入土系数时圆形基坑开挖的稳定性进行讨论。1 工程概况及试验方案 某工程基坑为圆形结构,外径 29 m , 基坑的开挖深度为 33 m ; 采纳地下连续墙作为围护结构,初步设计深度为 53 m , 厚 1 m , 内衬厚 0. 6 m , 圈梁截面尺寸 1 m ×2 m 。坑底下面有一承压水层,是地层编号分别为⑧ 3 、⑨ 1 、⑨ 2 的粉性土、粉细砂和中粗砂,埋深 56. 0 m 以下,其水头高出含水层顶板( ⑧2 层底面)46. 8 m 左右,水头较高,是坑底产生失稳的隐患。基坑剖面图如图 1 所示,土层物理力学指标列于表 1 。图 1 基坑剖面图表 1 土层物理力学指标 为了选取合理的入土系数,按最不利情况进行考虑(即对承压水头不实行降水措施),设计了三组试验。试验 1 为连续墙深 48 m 的开挖过程模拟; 试验 2 为连续墙深为 53 m 的开挖过程模拟;试验 3 为连续墙深 57 m 的开挖过程模拟。 在土工离心模型试验中,采纳离心力来加大模型的应力量值,使之达到原型的水平,并采纳与原型材料具有相同物理参数的材料制造模型。因此, 离心模型试验中的应力应变关系及其它特性与原型完全等效,可以重现原型的特性。假如模型的几何尺寸为原型几何尺寸的1/ N 倍,采纳与原型相同的材料进行试验,则只须在离心机上将离心机加速度加到 Ng ,就能使模型与原型的重力完全相等, 保持力学特性的相似。2 试验模型 根据试验设计的目的和基坑的实际尺寸,并结合...