基坑东侧为两栋已建成3～4层办公楼，其中东侧北段3F办公楼有地下一层车库，距离东侧基坑边线约为18.10m，基础采用桩-承台-筏板基础，工程桩采用预制钢筋混凝土方桩，有效桩长为22.5～24.0m。东侧南段为4F办公楼，无地下室，该办公楼与东侧基坑边线的最近距离约为12.5m，办公楼采用预制钢筋混凝土方桩基础，其中工程桩为250mm×250mm方桩，有效桩长24m；基坑南侧为自来水公司，自来水公司与基坑中间道路下有直径900mm的原水管，原水管埋深约2.50m左右，原水管距离南侧基坑边线约9.3m；基坑西侧有一个地面停车场，停车场下有两条原水管，距离西侧基坑最近的原水管到西侧基坑边线的距离约为16.1m，北侧红线外为市政道路，道路下有雨水管、燃气管、给水管和地埋电缆等多条市政管线经过，且最近的光缆线与地下室边线的最近距离约为4.4m。基坑与周边环境关系见图1。

 

　　某工程基坑，场地地势平坦，地貌类型属湖沼Ⅰ-2区平原地貌。地基土主要由浅层填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土和粉砂等构成。工程场地浅层地下水主要为孔隙潜水，其主要赋存在①、②、③、④层土中。场地内静止地下水埋深1.70～2.10m。地下水位变化主要受大气降水、地面蒸发控制。场地土层主要物理力学参数见表1。

 

　　1.3基坑概况

 

　　本工程基坑面积约为3900m2，总延长米约为260m。基坑普遍区域基坑开挖深度为5.15m，承台区域挖深为6.05m。基坑安全等级为三级，环境保护等级普遍侧为三级，北侧为二级。

 

　　2、方案设计

 

　　2.1方案选型

 

　　由于基坑周边分布有多条市政管线，尤其是北侧管线较多，且与基坑的距离较近，基坑东侧有两栋办公楼，且距离基坑较近，北侧管线和东侧办公楼是本工程重点保护对象。在考虑工程造价、工期、施工操作的同时，需要严格控制基坑与地下室施工过程中产生的变形，降低对周边道路、管线、建筑物的影响，确保整个工程顺利实施。

 

　　综合以上因素，本基坑宜选用控制基坑变形效果较好的板式支护体系，其中SMW工法桩结合钢管支撑的围护体系对于本工程基坑，无论从经济性上，还是从节约工期的角度都明显优于灌注桩结合混凝土支撑的围护体系。故本工程支护方案采用SMW工法桩结合一道钢管支撑。

 

　　2.2围护体系

 

　　地库区域围护体系采用？650@450三轴水泥土搅拌桩内插H500×300×11×18@900型钢。其中，普遍侧型钢采用“插一跳一”的布置形式，型钢有效桩长12.0m，承台侧和集水坑侧采用“插二挑一”的布置形式，型钢有效长度13.5m。南侧汽车坡道采用重力坝的形式进行围护，东侧连通道采用拉森钢板桩结合型钢支撑的形式进行围护。

 

　　2.3支撑体系

 

　　基坑设置一道φ609×16钢管支撑，围护结构的压顶梁兼作钢支撑围檩。钢管连接处采用十字接头连接，端部设置可施加预应力的活络头子。十字对撑间距为9.50m，并在基坑角部设置角撑。

 

　　3、有限元分析

 

　　3.1分析模型

 

　　采用限元分析软件Plaxis进行基坑开挖过程的有限元数值模拟。取基坑的典型剖面进行弹塑性有限元计算，预测基坑开挖卸载的变形。有限元数值计算中，土体采用Hardening-Soil（简称HS模型）高级土体弹塑性模型，该模型可以同时考虑剪切硬化和压缩硬化，并采用Mohr-Coulomb破坏准则。HS模型应用于基坑开挖分析时具有较好的精度。围护结构采用线弹性模型，同时采用Goodman接触单元考虑了土体和围护体之间的相互作用，接触面单元切线方向服从Mohr-Coulomb破坏准则。用一个折减系数Rinter来描述接触面强度参数与所在土层的摩擦角和粘聚力之间的关系，模拟接触面的强度参数较低的特性。采用等三角形15节点平面单元对土体进行网格划分。

 

　　主要施工模拟工况：计算土体初始应力场→施工围护结构→开挖表层土，架设钢管支撑→开挖至基底。

 

　　3.2模型计算结果

 

　　3.2.1北侧管线

 

　　由SMW工法桩变形图可知，由于工法桩顶部有钢管支撑的约束作用，其顶部位移较小。基坑开挖至基坑底时，工法桩上钢管支撑与基底之间部位受坑外土压力作用，桩身侧移随深度的增大逐渐增大，且坑底位置附近，围护桩的侧移达到最大值18.25mm，满足设计要求。

 

　　根据计算结果，基坑开挖至基底时，北侧电缆管和供水管均向基坑侧斜下方产生位移，最大位移分别为15.82mm和13.23mm。说明基坑开挖对北侧管线均有一定的影响，但管线位移均在设计控制范围内，不影响管线的正常使用。

 

　　3.2.2东侧办公楼

 

　　根据计算结果，基坑开挖至基底时，东侧围护桩最大侧移也发生在坑底部位，约为14.48mm。由于东侧工法桩的型钢采用“插二跳一”的布置形式，其刚度得到增强，故与型钢“插一跳一”的布置形式相比，东侧围护桩整体侧向变形相对均匀，变形也相对较小。

 

　　基坑开挖至基底时，东侧办公楼自身由于有工程桩，且受坑外土体向基坑侧沉降影响，办公楼发生微小沉降，约10.32mm，沉降在控制范围之内，不影响办公楼的正常使用。

 

　　4、现场实测

 

　　根据现场监测结果，北侧围护桩侧向变形最大约20.8mm，基坑北侧电缆管位移最大约为13.6mm，供水管位移最大约为10.4mm。东侧围护桩侧向变形最大约15.5mm，东侧办公楼最大沉降约为8.5mm。

 

　　综上，本工程围护桩、周边建筑物及管线的实际监测结果均与有限元模拟结果相对吻合，且在设计要求范围内。说明采用PLAXIS有限元软件分析基坑开挖对基坑围护体及周边环境的影响效果较好，其模拟结果可供实际工程参考。

 

 

　　a.SMW工法桩结合钢支撑的围护体系对于开挖面积小，挖深相对较浅，且无法采用悬臂式围护体系的基坑而言，与灌注桩结合混凝土支撑体系相比，在经济性、施工便利性和缩短工期等方面优势明显。

 

　　b.PLAXIS有限元软件模拟基坑分步开挖过程得出的结果与实测结果相对吻合，用来分析基坑开挖过程对围护桩及周边环境的影响效果较好。

 

　　c.本工程基坑采用SWM工法桩结合一道钢支撑的围护体系，在控制基坑变形和保护周边管线及建筑物方面收到了很好的效果，对软土地区地下一层基坑设计和施工有很好的参考价值。