midasgtsnx模擬分析基坑開挖對周邊建筑物沉降的影響盛勇飛摘要：超大超深基坑開挖過程中，無論基坑采取什么類型的支護方式，都很難避免其對周圍臨近建筑物的影響，使建筑物產生沉降或者開裂，嚴重時甚至倒塌。本文主要以廣州琶洲某地塊基坑工程為例，采用midasgtsnx模擬了基坑開挖及支護的整個過程，利用midas公司開發的大型巖土類三維有限元軟件gtsnx分析基坑開挖過程中既有建筑物沉降變形規律。結果顯示：隨著基坑逐步開挖，臨近建筑物沉降逐步加大，且建筑不同位置表現出離開挖面越近的地方沉降越大的特點，建筑物有向基坑邊方向傾斜的趨勢。關鍵詞：深基坑；開挖；支護；三維有限元；建筑沉降1、背景高層建筑的基礎埋深一般較大，這對于增加建筑物的穩定性和充分利用地下空間是有利的。但是，在城市建筑物密集地區，深基礎給施工帶來很多困難的同時也給周邊建筑物安全提出了挑戰，無論基坑采取何種支護方式，都很難做到使周邊建筑物零沉降，因為基坑開挖過程是一個個逐步卸荷的過程，每開挖完一步，周圍土體都會出現應力釋放（包括土壓力和水壓力，為保證基坑開挖始終在地下水位以上及減小周邊水壓力，需要適度的降水），釋放的應力時主要由基坑支護結構來承擔，這樣支護結構受力產生變形從而引起支護外面土體的位移和沉降，且離開挖面越遠這種趨勢越不明顯，所以就造成周邊建筑物的不均勻沉降，使建筑物產生次應力，可能改變結構的受力形式，如果超過建筑物原來的結構設計承載必然就會出現裂縫，進而影響建筑物的安全。2、工程概述本基坑支護工程位于廣州市天河區琶洲某地塊，基坑呈標準長方形，長邊約132.6m，短邊約72.4m，開挖深度大部分為8m,局部塔樓區域10m，由于靠近珠江，支護結構采用C30混凝土連續墻，并用作止水帷幕，寬度1m，豎向設兩道內支撐，鋼筋混凝土內支撐截面均采用bxh=1000mmx900mm，基坑內支撐平面布置如圖1所示?；又ёo結構剖面示意圖如圖2,既有建筑物為4層砌體老式辦公樓，東西向長度約31m，南北向約70m，地基為天然基礎且無地下室。圖2內支撐剖面示意圖地下室。圖2內支撐剖面示意圖3、計算模型說明3?1、計算模型及參數選用本基坑工程在數值模擬過程中采用三維模型，運用midasgtsnx有限元軟件建立三維有限元計算模型，其中各類巖土、建筑物用實體單元模擬，連續墻用板單元模擬，立柱及內支撐用梁單元模擬，共劃分了268003個有限單元，三維有限元模型整體網格劃分如圖3所示，由于開挖深度為8~10m，本文本為了方便分析，開挖深度均設為8m，—般基坑影響范圍為3~5倍開挖深度，本工程偏于分析，取四周影響范圍均為外擴60m，不同土層采用不同的材料參數模擬，土體采用摩爾-庫倫彈塑性本構模型。邊界條件選取頂面為自由面，底面鉸接，四周四個面采取法向約束。計算荷載考慮建筑物的自重、土體豎向自重、場地西北角堆場的均布壓力荷載20kpa等。土層參數如表1所示、各類支護結構材料參數如表2所示。圖圖5（第四步：施工第一道內支撐）,構變形云圖表1各土層材料參數層號123456土層名稱填粘礫強中微土土砂風風風化化化層厚/m233485重度/1819.2018.2626.(KN.m-3762彈性模量10152870100250/Mpa00泊松比0.40.40.0.30.40.474956粘聚力10151530300450/kpa00內摩擦角12123227.4040.55表2各支護結構材料參數材料類型彈性模量/Mpa泊松比密度/g.cm-3內支撐28000.22.5立柱206000.187.85連續墻30000.22.5冠梁、腰梁28000.22.53?2、有限元分析Midasgtsnx軟件的施工階段管理功能非常適用于各類基坑工程開挖支護模擬，定義施工階段時只需將要分析的單元數據放入激活組，不需要分析計算的單元數據拖至鈍化組，程序自動生成各個施工開挖及支護步驟。本文主要分析了7個工況模擬基坑開挖及支護的全過程。第一步：初始地應力狀態；第二步：施工連續墻；第三步：開挖至-1.0m；第四步：施工第一道內支撐；第五步：開挖至-5.0m；第六步：施工第二道內支撐；第七步:開挖至-8.0m；4、計算結果分析4?1、支護結構變形分析基坑開挖過程中，支護結構位移及沉降變形云圖如下圖4~8：處爾丨島鹽I護圖4（第三步：開挖至-1.0m）,支護結構變形云圖支護結構變形云圖從計算分析可知，在開始開挖-1m.11時，結構最大變形為3.78mm，在開挖完成時，變形達到最大13.47mm。故有這樣規律，在基坑開挖過程中，周圍土壓力應力釋放，釋放的應力由支護結構來承擔，隨著開挖深度的增加,應力越大，支護結構變形越大。4?2、建筑物變形分析圖6（第五步：開挖至-5.0m）,支護結在基坑開挖過程中，下面將開挖構變形云圖工序建筑物位移及沉降變形云圖如下:圖7（第六步：施工第二道內支撐）,支護結構變形云圖圖4（第三步：開挖至-1.0m）,建筑Min:1.30336e-005.30336e-005SGTSNXDISPLACEMENTTOTALT>m?34710e-0021—1.0%2.4%3.6%4.8%4.8J4.9%9.5%184%117.0?320.2%i站.23495e-002.12280e-002.01065e-002:.98503e~00386353e-003..74203e-003i.62053e-003■.49903e-003:.37753e-003:.25603e~003.13453e-003物變形云圖（粉色為未變形輪廓）:0.000699054:+6.44596e-0041%+4.26764e-004+2.08932e-004+4.55580e-005+5.90138e-004+5.35G80e-004+4.81222e-00414.pDISPLACEMEITTTOTALT,m+6.99054e-0047.10.T.4?+1.54474e-0044.5%+1.0001Ge-0042.圖8（第七步：開挖至-8.0m），支護結圖5（第五步：開挖至-5.0m）,建筑?8.796730-004?8.111430-004+T.42613e-004+6.74090e-00410.TU+6.05560e-00414.+5.37030e-004IS.TU+4.68501e-004?8.796730-004?8.111430-004+T.42613e-004+6.74090e-00410.TU+6.05560e-00414.+5.37030e-004IS.TU+4.68501e-00412.2?<+3.99971e-00411.1%+2.B2912e-004+1.94382e-004+1.25852e-004Kin:5.73225e-005<DISPLAEXEHTTOTALT,mMas:0.00087967%+3.31441e-004物變形云圖（粉色為未變形輪廓）z_圖6（第七步：開挖至-8.0m）,建筑物變形云圖（粉色為未變形輪廓）從計算分析可知，在開始開挖-1m時，建筑物最大變形為靠近基坑邊的北側部分，達到0.7mm，最小變形為南側中部位置，變形為0.005mm，在開挖完成時，建筑物最大變形仍為靠近基坑邊的北側部分，變形達到最大0.88mm，最小變形也仍為南側中部位置，變形為0.006mm；同時從圖上的變形云圖和未變形模型對比可以看出，建筑物整體靠近基坑邊一側邊線出沉降位移，背離基坑邊一側邊線出突起位移。故有這樣規律，在基坑開挖過程中，建筑物的沉降變形隨著開挖深度增加而增加；建筑物臨近基坑超深的方向發展，在滿足施工安全便利的同時，如何降低對臨近建筑物的影響，保證已有建筑物的安全成為當下需要關注的問題。因此應切實做好相關工作：1）、基坑開挖應分層開挖、嚴格按設計要求控制每次開挖深度，嚴禁超挖。2）、基坑開挖過程中，必須保證開挖面在地下水位以上，適度應該進行降水作業，減少管涌、流沙等發生的可能性。2）、開挖過程中采取信息化監測手段，自動數據采集、達到警戒值自動報警。加強基坑監測，［參考文獻］［1］《基