基坑围护数值模拟与施工实测差异简析
摘要采用有限元分析软件plaxis 对杭州下沙市民中心地铁连
接线工程的围护结构及开挖过程进行数值模拟，对模拟计算结果进行研究分析。

并将计算结果与监测数据进行相应的分析对比，结果表明，工况下模拟计算支护桩的变形与实测所得的变形规律基本上是一致的，验证了所建模型的正确性与合理性。

关键词：基坑；支护结构；数值模拟
中图分类号：tv551.4 文献标识码：a 文章编号：
该工程位于杭州市经济技术开发区下沙新城中心商务区块内，即九沙大道以北、新业北路以西、南与正在建设的下沙地铁中心站2#通道口相连通。

根据工程周边情况及水文地质条件，采用smw工法桩+钢管/钢筋砼支撑支护，局部区域设置2道支撑，降水采用轻型井点与局部深井相结合，土方开挖按照分区分层开挖。

局部区块基坑支撑体系（钻孔灌注桩内插钢格柱竖向支撑＋钢管式水平支撑）
局部区块基坑土方开挖路线
围护设计时采用同济启明星深基坑支挡结构分析软件进行辅助
设计，土压力采用郎肯理论计算，以固结快剪强度指标峰值为土的特性参数，并根据经验进行了调整，按主动土压力计进行水土分算。

围护桩采用竖向弹性地基梁的基床系数法，计算中考虑了施工开挖过程中支撑点位移对墙和支撑内力的影响，分别对两道支撑进行了计算分析。

然后运用plaxis 岩土工程有限元分析软件对基坑开挖进行建模，采用 plaxis中的摩尔—库仑（mohr-coulomb）弹塑性模型模拟地基土体特性，支护桩围护结构采用线弹性的板单元模拟，混凝土支撑体系采用锚锭杆模拟。

由于支护结构的材料和土体之间的性质相差很大，当两者之间产生应力应变时，就会在土体与支护结构的接触面上发生滑移和开裂，对于这种在土力学中很难处理分析的问题，plaxis 中采用应用简单、概念清晰的界面单元。

数值计算模型的建立与假定根据基坑特点和本工程围护结构方案，充分考虑基坑开挖对周围环境的影响和有限元模拟的准确性，几何模型的外边界自基坑边缘向外侧延伸 27m。

基坑周边超载位于距离基坑边缘2m，宽度 5m 范围内均布超载20kpa，初始地下水位为-5m，并随着开挖水位下降，之后依据不同的工况，随着开挖方案对两道支撑体系分别模拟并输出结果备用。

施工阶段对如下内容进行监测并取得数值（1）周边环境监测：周边建筑物沉降、倾斜、裂缝开展，地面沉降以及地下管线设施的沉降、变形等（2）围护结构桩顶水平位移、桩体变形、桩后土体位移（3）支撑轴力（4）坑内外地下水位观测（5）地下管线监测最后，根据基坑开挖上体位移监测数据，绘出了基坑开挖过程中随施工工况变化的桩身位移曲线，将其与前文plaxis计算的位移
曲线相比较如下：
一道支撑工序2基坑开挖对比图两道支撑工序6基坑开挖对比图以上为局部支护桩的深度-位移曲线图，从以上两组监测和计算数据的对比可以看到，plaxis的计算变形曲线和实测结果还是比较相似的，特别是在位移的突变位置、最大桩身侧移点的位置上都是比较接近的，不过不难看出plaxis模拟计算结果和实测数据还是存在一定差异的，主要体现在以下两个方面：支护桩的最大水平位移值不同、支护桩最大水平位移出现的位置不同。

之所以出现这种情况，主要还是plaxis模型定义与实际工程施工的差异，归纳起来有以下几点主要因素：
（1）在plaxis模拟中对支撑的模拟是用锚定杆来模拟的，它假定取半结构时，支撑在结构中点的位移是为零的。

在实际工程中基坑南面和北面的围护形式是不同的，这势必造成南、北两侧的侧移值有所不同，显然用来模拟支撑的锚定杆位移零点本身是有向南方向的侧移，但在模拟时没有反映出来，这是造成plaxis模拟计算结果与实测数据产生差异的主要原因。

这也是二维有限元软件在模拟不规则对称结构时往往会遇到的问题。

（2）plaxis围护桩体只考虑了混凝土钻孔灌注桩，并没有考虑冠梁等对桩体强度的贡献，相当于对坑内土围护进行了加固，这在模型中都未能体现出来。

（3）采用plaxis模拟计算时，根据地质报告定义各层土的参数，
在整个工况模拟过程中是不变的，只是通过单元的杀死和激活来模拟土层的开挖情况。

但是在实际基坑开挖过程中土层的参数不是一成不变的，尤其是对于流变性比较明显的粘性土，其是随着施工暴露时间延长而减少的，这些在plaxis模拟计算时没有考虑进去。

此外土体的位移是一个渐进的过程，从荷载作用到体现出相应的位移需要一段时间，不是在土层开挖之后立即体现出来，在plaxis 模拟中这种渐变的过程没有体现。

这两点原因都造成了在实测数据中最大的桩体位移都出现在最后一个工况，而在plaxis模拟时最大的桩体位移都出现在受力最不利的工况。

（4）测斜管工作原理是假定底端位移值为零，依照管内的斜率来判断侧移值，有可能围护形式中桩底已经到达测斜管底，而此时读出的桩底侧移为零是不恰当的，这是造成与plaxis模拟结果不同的主要原因
近几年来，地铁建设处于大发展时期，大开挖与深基坑问题也势必越来越突出。

深基坑围护结构的变形规律是一个很复杂的岩土工程问题，本文仅是对基坑围护结构的内力与变形性状的初步研究，而基坑围护结构的设计、施工与监测以及有限元模拟仍存在不少问题。

笔者认为在今后的工作学习中，仍需要进一步的从以下几个方面对深基坑围护结构进行深入的研究：
（1）本文对基坑的数值模拟是在平面应变的前提下进行的，plaxis 二维有限元模拟的基坑开挖过程与实际三维受力状态下的基坑的开挖问题之间还存在一定的差别的，所以接下来的工作是加
强基坑工程的三维有限元模拟分析，以便更准确的模拟实际工程的开挖。

（2）文章在数值模拟分析过程中对周围环境因素的考虑不足，
怎样更好的考虑围护结构与周临建筑物间的相互影响，应该是今后研究工作的重点。

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（1.此文为在职研究生期间所发论文，两人工作单位为杭州万国投资管理有限公司））。