基坑偏载对基坑安全及围护结构受力影响

1、摘要：地铁基坑受城市环境的影响，其周边控制条件往往比较复杂，很多地铁基坑距离建筑物较近，单边建筑物的附加不对称荷载对地铁基坑产生偏载影响，由此会对基坑安全及围护结构受力产生影响。通过具体的工程实例，研究分析偏载对基坑安全及围护结构受力影响。关键词：基坑偏载；基坑安全；支护结构受力1引言在实际工程中，地铁车站的基坑往往采用明挖法进行施工，由于受城市环境的影响，地铁基坑的周边控制条件往往比较复杂，基坑周边难免会由于车站站位的限制而存在不对称的单边建筑物，这就势必会出现基坑偏载的现象。基坑由于受到不对称荷载的作用，其围护结构的受力特性以及基坑的安全性就需要专门进行研究，本文结合某地铁车站，通过建立三

2、维有限元模型，从整体上分析由于不对称荷载的作用，基坑围护结构在受力上和基坑安全上的特点。2工程概述2.1车站概况本车站为西部某市4、5号线的换乘车站，T字换乘，4号线南北向设置，5号线东西向设置，车站西南象限为4、5号线联络线，4号线车站南端为“刀把段”。“刀把段”西侧有两栋5层建筑物，最近处距离基坑5米。建筑物为5层条形基础框架结构，基础埋深约为2.5米。车站基坑采用排桩加内撑支护方式，基坑深度约为15.5米，排桩直径为1米、桩间距为1.4米，嵌固深度为7米；内撑为直径600毫米壁厚16米的钢管支撑，支撑间距3米。2.2地质概况车站地层自上而下依次分别为：杂填土、素填土、新黄土、古土壤、粉质

3、粘土，各层岩土参数取值见下表：3计算模型本次计算采用理正深基坑6.01进行建模计算，建模范围考虑偏载影响范围，取车站南端30米范围和“刀把段”建立三维有限元模型，对地铁车站基坑开挖支护进行全过程的模拟，取控制工况进行分析研究，计算模型见图一：4计算结果分析4.1围护结构受力分析围护桩受力分析对围护桩分别考虑偏载侧和无偏载侧的受力状态，通过对比分析，得出偏载对围护桩受力的影响，通过计算对比分析围护桩的桩身配筋差异。围护桩受力情况如图二、图三。通过计算可以得出：在偏载的作用下，基坑两侧围护桩的受力状态明显不同，偏载侧的最大弯矩为1184.9KN·M，最大剪力为608KN；无偏载侧的最大弯

4、矩为567.7KN·M，最大剪力为436KN。弯矩增大617.2KN·M，剪力增大172KN。偏载侧需配纵向受力钢筋10,066mm2，箍筋1,579mm2；无偏载侧需配纵向受力钢筋4,712mm2，箍筋1,579mm2。偏载对基坑围护桩的受力影响较大，弯矩增大约108%，剪力增大约40%，围护桩纵向受力钢筋增大约5,354 mm2。内支撑受力分析内支撑主要考虑控制工况下第三道支撑的轴力，轴力图如图四、图五：通过计算可以得出：控制工况下存在偏载处基坑第三道支撑的最大轴力为1,557KN，无偏载处基坑第三道支撑的最大轴力为1,106KN，偏载处基坑第三道支撑最大轴力增大551

5、KN，偏载对支撑轴力的影响较为显著。4.2基坑安全分析基坑安全分析主要考虑基坑水平向位移和基坑安全系数，基坑水平向位移通过围护桩的位移来确定，基坑安全系数由程序计算得出。基坑两侧围护桩的位移图如图六、图七。通过计算可以得出：偏载侧桩顶最大位移为26.7mm，无偏载侧桩顶最大位移为23.0mm，桩顶最大位移增大3.7mm，位移增大约16%，且从整体位移图可以看出基坑整体有向无偏载侧移动的趋势。虽然桩顶位移增大值不大，但相对值还是较大的，偏载对基坑位移的影响还是较显著的。通过计算可以得出：偏载侧基坑的安全系数为1.31，无偏载侧基坑安全系数为1.41，偏载对基坑的整体安全性影响较为显著。因此在基坑施工的过程中必须加强对基坑的监测，同时加强偏载侧的围护结构，确保基坑施工安全。5结论与建议5.1结论（1）在偏载的作用下，基坑围护桩的弯矩增大约108%，剪力增大约40%，围护桩纵向受力钢筋增大约5354mm2。偏载处基坑第三道支撑最大轴力增大551KN。偏载对围护结构受力影响较大，偏载侧围护结构需进行专门研究设计。（2）偏载使基坑围护桩顶位移增大约16%，且基坑整体有向无偏载侧移动的趋势。偏载段需增大围护结构的整体刚度，以确保基坑的安全性。（3）偏载使基坑的安全系数降低了0.10，对基坑安全性影响