某工程基坑单侧肥槽回填有限土压力计算

12016年9月6日某工程基坑单侧肥槽回填有限土压力计算2汇报大纲一二项目概况三分析工作内容剖面选取概况四模型建立及结果分析五结论3项目概况14一、项目概况本工程位于北京市朝阳区四惠地区，拟建建筑物±0.00=37.10m，自然地面约为36.30m；基坑面积约42000m2，基坑周长约1000m；塔楼部分的槽底标高为-29.70m，裙房及地下车库槽底标高一般为-27.90m，槽深27.1m～28.9m，肥槽宽度1.5m。西塔楼东塔楼裙房及地库北5基坑完成开挖后的使用期限已经超过2年半（设计使用期限为1年），根据监测结果显示基坑现状稳定，但近半年的竖向及水平位移显示有缓慢增长，基坑支护体系长期超设计时限使用对周边环境存在风险和隐患，因此应尽早完成回填工作。（1）按照目前建筑物施工进度，仅西侧、南侧具备回填条件。（2）若回填，建筑物将承受非对称土压力。（3）需对单侧回填后的土压力进行计算，根据计算结果评估结构是否在非对称荷载影响下安全稳定。一、项目概况立项原因提前回填将导致的问题6一、项目概况目前基坑西侧部分区域（包括主塔区域）地下结构已基本完工，中部地下结构部分完工（未施工至±0.0标高），东侧马道区域因马道尚需使用而未能动工。因地下结构施工尚未完全完成，无法开展整体基坑回填工作。C2C3C5C4C6C7C1已完工部分完工尚未开工施工现状7一、项目概况基坑支护结构挡土墙：高2.0m，厚370mm。桩锚支护：桩径1.0m，桩间距1.6m，桩长33.5～36.0m；5～6道预应力锚杆。8一、项目概况施工现状9一、项目概况房渣土-碎石填土粉粘-重粉粘②1④⑥粘粉-砂粉②③1⑤①1细砂-中砂③卵石-圆硕粉粘-重粉粘卵石-圆硕有机质粘土-有机质重粉粘地层及岩性10一、项目概况序号地下水类型地下水稳定水位（承压水测压水头）含水层水位埋深（m）水位标高（m）1台地潜水6.50～7.0028.04～29.66第2大层的粉砂、细砂层2层间水14.00～15.4020.71～22.16第3大层3潜水～承压水23.10～25.4010.76～12.89第5大层4承压水26.30～27.208.79～10.83第7大层水文地质条件11分析工作内容212二、分析工作内容①回填土自身产生的有限宽度土压力根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）第3.4.2节第2、4条内容，结合本项目特点综合考虑，采用基于有限元的数值计算方法进行分析评估单侧回填土侧向压力的组成②支护结构位移产生并通过回填土传递至结构的压力13二、分析工作内容技术路线判断单侧回填的可行性，制定回填方案将计算结果提交结构设计单位，对既有主体结构进行复核计算分析两种回填土材料（砂土、粉质粘土素土）分析资料整理及模型建立代表性剖面的二维建模现场踏勘及资料的收集工程水文地质条件资料基坑设计资料主体结构设计资料14剖面选取概况315三、剖面选取概况目前地下结构施工位置原设计1-1剖面原设计3-3剖面基坑现状示意图16三、剖面选取概况计算剖面17三、剖面选取概况层位设计拉力（KN）倾角（°）自由段长（m）锚固段长（m）应力筋（根）水平间距（m）13762014.512.531.624821512.012.041.637021518.518.551.648281527.527.561.658871522.022.061.667511515.015.051.6计算剖面原设计参数18模型建立及结果分析419四、模型建立及结果分析（1）采用岩土工程专业有限元计算软件MIDAS-GTSNX进行建模计算。（2）采用二维有限元平面应变建模方式，根据设计方案中相应支护剖面设置，按照对称原则进行建模。（3）模型中包括场地各地层分布、支护桩、预应力锚杆、已完成的主体结构及基坑回填材料。（4）回填土材料分别采用砂土回填土及粉质粘土素土回填土两种材料的情况分别进行计算分析。建模方式网格划分（1）根据场地各地层分布、支护桩、已完成的主体结构以及回填材料均采用四边形结合三角形一阶实体单元模拟；对于预应力锚杆采用嵌入式桁架单元（仅受拉单元）模拟。（2）对于本项目关心的回填土及与回填土接触的支护桩、主体结构等区域，将网格加密至0.5m节点间距。（3）在回填土与支护桩、主体结构接触的区域，设置二维古德曼接触单元模拟不同材料之间的接触行为。20四、模型建立及结果分析（1）对于支护桩及主体结构，采用线弹性模型模拟，并使用钢筋混凝土参数，支护桩弹性模量按照垂直纸面方向（z方向）进行折减；（2）对于预应力锚杆，采用线弹性模型模拟，并使用1860钢绞线的相应参数。（3）对于原状土层及回填土，采用修正摩尔-库伦模型模拟，考虑材料的弹塑性特性，各土层参数根据勘察报告及基坑支护剖面计算的参数进行了设定。材料本构模型地层/结构E(MPa)νc(kPa)φ(°)ψ(°)①1400.3310150②630.3315250②1800.3225180③3000.310350③11200.320320④3000.3328220⑤3500.310420⑥2000.330180砂土填土1000.330220粉粘素土填土700.3310150护坡桩9.42×1030.28///钢绞线2.1×1050.25///21四、模型建立及结果分析对模型左侧及右侧边界，限制x方向位移；对模型底部边界，限制x、y方向位移。边界条件工况一：全部基坑开挖及支护结构施工完成，基坑内主体结构施工完成；工况二：将工况一应力平衡分析产生的位移清零；工况三：加入肥槽内回填土；工况四：基坑锚杆预应力损失（减小）20%。在整个计算分析中考虑了基坑2.0m外30kN/m的上部超载。工况设置其中，工况四设置的目的是模拟由于支护结构老化等原因导致支护结构外侧土压力通过回填土传递到已施地下结构的情况。经过反复试算，对比近一年基坑位移监测数据，采用20%的锚杆预应力损失量以达到模拟效果。22四、模型建立及结果分析计算剖面（线框示意图）23四、模型建立及结果分析计算剖面（网格划分）24四、模型建立及结果分析计算结果（砂土回填）25四、模型建立及结果分析计算结果（粉土素土回填）26四、模型建立及结果分析计算结果比对302520151050010203040506070侧向土压力(kPa)砂土回填计算结果深度(m)粉质粘土素土回填计算结果深度小于15m范围，砂土回填侧向土压力较大；深度大于15m范围，粉质粘土素填土回填侧向土压力较大。27四、模型建立及结果分析与规范方法计算结果的比对3025201510500102030405060侧向土压力(kPa)深度(m)有限元模型方法1方法2302520151050010203040506070侧向土压力(kPa)深度(m)有限元模型方法1方法2北京地方标准《建筑基坑支护技术规程》DB11/489-2007给出了高印力基于土体塑性上限理论推导出的有限土压力计算方法（3.4.8，下图称方法1），以及马平等基于极限平衡理论及平面滑裂面假定建立的计算公式（3.4.8条文说明，下图称方法2）。砂土回填粉土素土回填方法1计算结果基本为线性增加，方法2计算结果增加趋势逐渐变小。相比建模计算结果，规范方法计算结果普遍偏大。28结论529五、结论根据有限元建模计算结果，在基坑单侧肥槽全部回填并考虑预应力锚杆预应力松弛的情况下，作用在已施地下结构外墙的侧向土压力一般在10～40kPa，相当于相同地层条件下半无限空间土体朗肯主动土压力的10～20%，侧向土压力分布与回填土材料、回填高度、基坑外地层条件、原支护体系设计参数及支护结构变形等因素相关。若回填材料为砂土，回填土侧向应力分布呈现出上、下部数值较大，中部数值较小的趋势；若回填材料为粉质粘土素土，回填土侧向应力分布呈现出自上而下由小变大的趋势，经结构设计单位复核，粉质粘土素土作为肥槽回填材料对结构内力影响相对较小。相比北京规范中给出的有限土压力计算方法的计算结果，本次有限元建模计算得到的结果在数值上偏小，土压力沿深度的分布趋势也不同。在进一步工作中，有必要通过试验获取有限土压力监测数据以验证不同方法计算结果的准确性，为实际工程应用提供参考。30报告完毕请各位专家指导！31四、模型建立及结果分析计算结果（砂土回填），75%回填32四、模型建立及结果分析计算结果（粉土素土回填），75%回填