增量法在深基坑地下连续墙变形中的应用

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1、增量法在深基坑地下连续墙变形中的应用摘要基于弹性地基梁模型，考虑深基坑开挖过程中地下连续墙的非线性受力继承性特点，采用增量方法进行分析。探讨了增量方法对于深基坑变形分析的适用性，并简要阐述深基坑地下连续墙变形分析的简化方法。结合某紧邻地铁隧道的深基坑工程，通过工程抽象建立合适的分析模型，所得计算结果与有限元分析结果比较接近，表明所采用的增量方法能够适用于复杂环境中深基坑地下连续墙的变形计算，对于类似工程具有参考价值。关键词深基坑，地下连续墙，变形特性，增量法，弹性地基梁 1引言     对于建筑物和生

2、命线密集环境中的深基坑工程，由于其周边环境对变形敏感，开挖时需将围护结构的变形控制在允许范围之内，因此，深基坑工程的设计理念已逐渐由传统的强度控制转变为变形控制为主［1］。地下连续墙由于具有刚度大、强度高和防渗性能好等特点，在上海等软土地区往往成为深基坑围护结构的首选方案，在复杂环境的深基坑工程中得到较为广泛的应用［2］。     由于作用在地下连续墙上的荷载，以及由此引起围护结构的位移和内力会随着基坑施工阶段而不断变化，而古典的板桩理论不能考虑坑内土体开挖对支撑和地下连续墙结构的影响，故难以准确分析

3、地下连续墙的变形特性，特别是对于带有多道支撑的地下连续墙，其变形不仅与土的性质和墙体结构有关，还与支撑和开挖过程密切相关［1］。在地下连续墙施工过程中，开挖和加撑是按先后顺序进行的，加撑前连续墙支撑处的结构已经发生了初始变形。因此，考虑开挖过程地下连续墙的变形特性需要考虑支撑是在墙体产生变形后才开始参与共同工作的，合理的设计方法需要综合考虑围护体系的特性以及施工过程的影响。     目前在工程设计中考虑深基坑地下连续墙施工过程的分析方法主要有总量法和增量法［3］。总量法可以直接求得当前施工阶段完成后围

4、护体系的内力及位移，而增量法则通过计算得到相对于前一个施工阶段完成后围护体系的内力及位移增量。当在整个开挖过程中地下连续墙的刚度不发生改变时，两者都是可以适用的，但如果墙体刚度发生变化，则应采用增量法进行分析。王元湘［3］对此进行了较为详细的分析，指出增量法是解决施工过程中支护结构非线性受力继承性问题的重要手段。     在现行设计方法中，一般仅需考虑围护结构在弹性阶段的受力和变形，由于弹性地基梁法将土体以及支撑对连续墙的作用等效为弹簧，概念清晰、原理简单，因而总量法和增量法普遍采用弹性地基梁法分析板

5、式围护结构［4］。本文基于弹性地基梁模型，针对考虑基坑开挖过程地下连续墙变形计算的增量方法进行理论分析，探讨该方法对于深基坑工程变形分析的适用性。然后结合某紧邻地铁隧道的深基坑地下连续墙进行分析，建立合适的地下连续墙受力模型，分析考虑开挖过程中地下连续墙的变形和受力特性。 2地下连续墙变形分析的增量法2．1计算模型     增量法计算中，外荷载是相当于前一个施工阶段完成后的荷载增量，支撑由支撑弹簧和地层弹簧组成，所求得的围护结构的变形和内力是相对于前一个施工阶段完成后的增量。当墙体刚度不发生变化时，与

6、前一个施工阶段完成后墙体已产生的变形和内力叠加，可得到当前施工阶段完成后围护体系的实际变形及内力［5］。     图1为采用增量法的计算简图，图1(a)和图1(b)表示上次和当前开挖状态。图中Ti表示第i道支撑力，P2为当前开挖作用在墙上的水土压力增量，其中，第二道支撑力T2以及此次开挖过程中挖掉后土体所产生的抗力R2是由第一道支撑KB1和被动区开挖面以下的土弹簧Ks12共同承担的。图中，Ks11表示上次开挖被动区的土弹簧刚度，相应的土抗力记为Rs1，当前开挖被动区的土弹簧刚度为Ks12，在当前被动区

7、产生荷载增量为，作用方向与被动区的土抗力相反。     采用增量法求解地下连续墙的内力和变形，关键是确定深基坑开挖所引起围护体系内力改变的每一步荷载增量，该分析方法可归纳如下［6］。     (1)支撑拆除:相当在拆撑处反向施加这一支撑相应的作用力。     (2)坑底土挖除:图2所示为坑底土挖除时作用在墙上的荷载增量，hi为开挖到深度，Δq为开挖面静止土压力增量，K为土体等效水平弹簧刚度，R为水平弹簧的卸载增量。     卸载增量由两部分组成，第一部分为由于开挖引起的侧土压力的减少，实际上侧土压力增

8、量就是开挖侧静止土压力的减少值，其变化规律在坑底以上为三角形分布，在坑底以下为矩形分布Δq=q2－q1。第二部分为被挖土体中土抗力的释放，相当在挖土部位对墙体反向施加土抗力R。2．2计算原理与求解过程     在实际工程中，可按平面应变分析连续墙的受力和变形，通常取单位长度的连续墙作为分析对象，采用弹性地基梁法进行分析［1］。支撑和锚杆简化为弹簧支座，基坑内开挖面以下土体采用弹簧模拟，作用在连续墙外侧为水土压力。采用单位长度连续墙分析时，弹性地基梁变形微