二维计算与实测结果对比分析

在基坑设计过程中，采用同济启明星针对本基坑开挖做过二维计算分析，图5-9分别为各开挖步下A1区启明星二维计算结果与监测结果的对比。启明星二维计算的墙体水平位移为41mm，现场监测测得的A1区开挖结束后墙体最大水平位移为53.6mm，两者相差13mm，但从地连墙变形图可以看出，两者的墙体最大位移均发生在20m左右，即开挖面附近。

图5-9 A1区各层土体开挖后地连墙变形曲线

图5-10和图5-11分别为A2区地下连续墙各开挖步结束后，长边中心测点和基坑短边中心测点墙体位移变化曲线的现场实测值与二维计算值的对比。二维计算值的最终变形为52mm，第五层土体开挖结束后，基坑短边中心处地下连续墙最大水平为64mm，两者相差12mm，最大水平位移所在位置大致相同，均在地下15m处，但随着底板和内部结构的施工，土体扰动和时间效应的影响，两者在数值和位置上差别均逐渐变大。二维计算的前三层土体开挖结束后的最大水平位移均大于实际监测值，且最大水平位移位置要比实际位置深；第四、五层土体开挖后最大水平位移的位置较为接近，但此时监测值要大于二维计算值。

图5-10 A2区地连墙短边中心处侧向变形监测值与二维计算值对比

图5-11 A2区地连墙长边中心处侧向变形监测值与二维计算值对比

针对基坑开挖对周边环境的影响问题，采用了三维有限元方法，建立了基坑开挖影响的数值分析模型。模型包括基坑支护结构、基坑施工荷载。模型进行了分步设撑开挖的工况，并对基坑开挖结束后的基坑支护结构、坑内土体、地下连续墙支护结构的变形和应力的分析，并模拟结果和设计时二维计算结果与实际监测结果进行对比。主要形成以下结论：(www.xing528.com)

①该工程基坑开挖所引起的最大坑内隆起为7.9cm，纵向墙体（短边）最大水平位移为65mm，横向墙体最大水平位移（长边）为90mm；实际监测结果为A2区地连墙长边中心处最大水平位移为116mm，短边中心处最大水平位移为62mm，监测值与数值模拟值大致吻合，均在上海地区三级基坑开挖所容许的范围内。这说明本开挖、支护设计方案、施工方法对坑底隆起和墙体向变形能起到有效的控制，本工程开挖支护方案可供上海地区同类大型深基坑参考借鉴。

②从数值模拟结果来看，A1区小基坑开挖过程中，数值模拟的计算结果与实测结果吻合较好；A2区开挖过程中，水平支撑最大应力为13.97MPa，相应轴力为16764k N；A1区水平支撑最大应力为5.9MPa，相应轴力为8500k N，模拟结果与基坑检测的实测值差别不大，且均在支撑结构设计报警值容许范围内，说明设计所考虑工况是合理有效的。

③对于A2区大基坑（平面尺寸89.2m×135.2m），同济启明星二维计算与本数值模拟结果的地连墙最大水平位移发生在埋深16m处附近，而实际检测最大水平位移发生在埋深23m处，地连墙最大水平位移埋深计算值要比实际值要小7m左右，主要原因为施工过程对未开挖土体的扰动是数值模拟较难实现的，此结果可供上海地区其他同类工程参考。数值模拟的最终结果表明：第三层土体开挖后，墙身水平位移增量较大（增量约为30mm），实测结果也反应出相同的趋势，说明可以用数值模拟的结果来指导施工。

④从数值模拟和现场实测的结果来看，大型深基坑的开挖过程，开挖卸荷产生的土压力引起的支护结构变形为卸荷变形，由于土体扰动和流变引起的支护结构变形为流变扰动变形，并且有时流变扰动变形甚至要超过卸荷变形。A2区大基坑开挖结束后（2009年6月2日）到监测截止（2009年8月1日）， A2区大基坑长边最大水平位移增量约为31mm，日增量约为0.5mm。故在设计时不仅要考虑支护结构的安全、稳定方案，还要优化内部结构的施工方案，缩短工期，以减小土体扰动和流变所产生的支护结构变形对周边环境的影响。

⑤通过与现场监测数据相比较分析，模拟的结果与现场监测的结果基本吻合，而二维计算结果与实测结果相差较大，说明三维数值模拟比二维计算更好的反应基坑开挖的空间效应，能很好反映基坑工程实践。在基坑施工中根据要求对需要监测的对象进行全面监控，对监测数据进行采集、整理和分析，并采用适当的数值方法对变形发展趋势进行超前预测，能为基坑安全预警提供数据资料。