格构柱下立柱桩需求长度估算分析
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【摘 要】 针对天津市地铁车站基坑的工程特点，通过采用有限元软件计算分析坑底深度与基坑隆起值的关系。基坑隆起是影响立柱桩稳定的直接因素，通过工程实例表明根据基坑隆起值来估算立柱桩所需的长度方法合理可行。
【摘 要】 基坑；立柱桩；隆起；长度分析
0 引言
针对天津市地区的工程水文地质条件，地铁车站基坑围护结构中时常应用格构柱，格构柱下设置立柱桩。立柱桩的长度的确定需要进一步的研究与分析。基坑隆起是影响立柱竖向位移的主要因素[1]。本文通过有限元软件进行分析计算坑底深度与基坑隆起值的关系，进而估算立柱桩的长度。因此，通过具体的工程，对该类型车站基坑设计中立柱桩长的确定进行了技术上的总结，并对同类的工程有一定的借鉴意义。
1 工程概况
天津市某地下车站，车站为地下双层12m岛式站台，车站两端区间为盾构区间。结构标准段总宽度为20.7m，盾构段宽度为24.9m。主体结构基坑深度标准段为16.8m，盾构井段约为18.5m。
本文主要研究盾构井段。基坑围护结构采用地连墙+内支撑联合支护形式，地连墙厚度为800mm，长32m。基坑采用5道支撑+1道倒撑，第一道为800×800mm钢筋混凝土支撑，其余为φ800， t=16mm的钢管支撑。支撑中间设格构柱，柱下设φ1000mm钻孔灌注桩。
2 工程地质及水文条件
2.1 工程地质：
场区地层主要为第四系全新统人工填土层（人工堆积Qml）；第Ⅰ陆相层（第四系全新统上组河床～河漫滩相沉积Q43al）；第Ⅰ海相层（第四系全新统中组浅海相沉积Q42m）；第Ⅱ陆相层（第四系全新统下组沼泽相沉积Q41h）；第Ⅱ陆相层（第四系全新统下组河床～河漫滩相沉积Q41al）；第Ⅲ陆相层（第四系上更新统五组河床～河漫滩相沉积Q3eal）；第Ⅱ海相层（第四系上更新统四组滨海～潮汐带相沉积Q3dmc）；第Ⅳ陆相层（第四系上更新统三组河床～河漫滩相沉积Q3cal）；第Ⅲ海相层（第四系上更新统二组浅海～滨海相沉积Q3bm）和第Ⅴ陆相层（第四系上更新统一组河床～河漫滩相沉积Q3aal）。车站主体基坑坑底位于⑧11 粘土，⑧12 粉质粘土，⑧2粉砂层与⑧23粉土层中。围护墙墙趾位于31粘土？32 粉质粘土中。
2.2 水文地质条件：
本场地内表层地下水类型为第四系孔隙潜水；赋存于第Ⅱ陆相层中及其以下粉砂及粉土层中的地下水具有承压性。
本场地范围内的孔隙潜水主要赋存于①1杂填土、①1素填土层、④23粉土层和⑥33粉土层中。该含水层主要由粉土构成，此层粉土具有层理性，与粉质粘土呈互层状分布，局部夹粉砂透镜体。潜水含水层水平、垂直向渗透性差异较大，当局部地段夹有粉砂薄层时，其富水性、渗透性相应增大。接受大气降水和地表水入渗补给，地下水具有明显的丰、枯水期变化，丰水期水位上升，枯水期水位下降，多年变化平均值约0.8m。
3 模型计算
3.1 模型概述
模型计算采用MIDAS-GTS2.6有限元计算软件，建立二维平面模型。为减小边界约束对计算结果的影响，使模拟结果更接近实际情况，建模范围取X方向（横向）75m，Y方向（垂直向）70m，地应力场按自重应力场考虑。
模型模拟时，结构与岩土之间的界面，采用虚拟接触单元，单元特性为法向刚度较大，剪切刚度较小，以此来模拟接触面滑动特性[2]。
3.2 模型参数
模型材料参数如表1所示：
3.3 约束及荷载
地面超载：盾构井段30KPa
四周：法向约束，顶面为自由面，底面为垂向约束；
基坑：开挖过程中，支撑采用等效节点刚度约束替代[3]，如表2所示。
3.4 模型建立。
由于篇幅限制基坑开挖的各个工况的模型图就不再一一示出
4 结果分析
立柱桩竖向位移幅值太大，可能增大基坑围护结构的侧向位移，加剧基坑坑底的土体的隆起，且增加立柱的竖向位移，从而引起恶性循环[5]。从引起立柱桩竖向位移的诱因出发，来减小立柱的竖向位移是最直接有效的方法。坑底隆起对立柱的影响较大，依据坑底隆起值来确定立柱桩的长度是可行的方法。
影响立柱桩竖向位移的因素很多，且根据实际工程情况，立柱桩桩趾应落在地质条件相对好的土层，保守估算本工程的立柱桩长确定为20m。
5 结语
随着城市轨道交通的不断发展，超深超大基坑不断出现，立柱桩的应用也越来越普遍。影响立柱桩稳定性，特别是竖向位移的因素众多，通过有限元软件进行分析计算坑底深度与基坑隆起值的关系，从引起立柱桩竖向位移的诱因出发，应用隆起值来估算立柱桩的长度是简单，有效，可行的。本文针对天津地区某车站基坑，实例分析估算立柱桩的长度为20m，根据以往的工程经验是合理的，对同类的工程有一定的借鉴意义。
参考文献
[1] 刘燕，刘涛，王海平.深基坑开挖引起中间立柱竖向位移估算分析[A]. 第三届全国岩土与工程学术大会论文集，2009
[2] 车爱兰，葛修润等，关于地铁地震响应的模型振动试验及数值分析[J].岩土力学，2006年8月第27卷第8期
[3] 朱合华，丁文其，地下结构施工过程的动态仿真模拟分析[J].岩石力学与工程学报，1999，18（5）：558—562.
[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50497-2009.地下水与建筑基础工程 [S].北京：中国计划出版社，2009
[5] 毛金平，徐伟.吕鹏.基坑立柱竖向位移分析 [J].北京：建筑技术，2004.