郑州某地铁站基坑围护桩变形监测与数值分析.docx

郑州某地铁站基坑围护桩变形监测与数值分析
引言
地铁建设已成为现代城市化的重要标志，它能够快速便捷地交通方式，优化城市交通结构，为城市居民提供便利，是城市快速发展的必要条件。然而，在地铁建设中，基坑围护结构是关键的构造之一。它不仅是支撑基坑深度的关键因素，更能带来严重的安全隐患。因此，在地铁建设中，基坑围护结构的设计、施工与监测都显得尤为重要。
本文基于参与郑州市某地铁站基坑围护桩设计、施工过程中实验数据和现场监测数据及其数值模拟结果展开阐述，通过以上相关的数据来说明基坑围护结构设计、施工与监测的重要性，最后得出相应的结论。
一、设计分析
当地纵向地质条件复杂，强烈的压实层，非常坚硬水下粉质黏土层（约10~20m深）和第四系黄土、粉土夹砂层构成了承载体系，为压实层上露头的黄土粉土地层与基础岩层之间，现场进行了30个试验孔的动力触探，为改善基础地基情况提供了依据。
本设计采取桩墙结构，桩长25~35m，每隔2500mm布设一个挖孔桩，桩头埋入压实层中部，每个桩顶吊篮做成三段便于拆装，且施工球管从桩体顶部出入施工。墙面附加钢护板，墙体无振动，配合浅基础改良。以下是设计的两种方案。
1.横向挖土下沉方案
①在加固地基后，实施横向挖土下沉：首先开挖0.5m，执行土石方外运，开挖后对于围护结构表面的负荷施加先处理，然后再一步一步地进行下沉。
②完成工程后，进行恢复性处理，以修建这一启动衬砌体和旋转锚固，从而恢复地表高度。
2.直接挖土加固方案
采用桩壁结构，每根简易挂篮的挖孔深度约为1.5m。挖掘完成后，混凝土将被涂抹在挖掘的墙面上以加固结构。
根据对比两种设计方案，考虑到地质和基坑并落差具体情况，最终选择了直接挖土加固方案，通过悬挂篮操作，大大提高了施工效率，减少对周围环境的影响。
二、数值模拟
基坑围护墙结构的变形与稳定性是基坑工程复杂度最高的问题之一。基于借助有限元软件，对基坑围护结构和周围地层的变形和应力进行模拟，来评估设计及工程施工的可行性和安全稳定性。本文中对数值模拟建模过程、及模拟计算结果进行如下分析：
1.选择合适的有限元软件：ABAQUSCAE
ABAQUSCAE是有限元模拟应用程序，它主要被用来模拟和分析结构过程中的变形、应力和破坏状态。其基本原理是将复杂的结构和所受力分割成多个简单的扭节点，然后在这些节点之间建立节点连线，形成模型并进行分析。
2.模型参数选择：
建立基坑围护桩数值模型时，需要确定模型的基本参数，包括地层参数、基坑尺寸、诱发地下水水位等。输入参数有启发式确定（包括孔隙度、地应力、土壤模量、黏性等）和现场测试获得。其中，可靠的地下水压力条件是保证模型计算准确性的重要前提条件。
3.模拟算法：
基于有限元法，以实际工程中的钢筋混凝土挖孔隔墙作为分析对象，进行变形和刚度的分析。
根据模拟计算结果，通过比较模型变形、轴力、剪力、弯矩等主要参数的演化规律，以及不同参数对挖孔隔墙变形的影响，评估方案的稳定性和可行性。同时，对比实测数据以确认模拟结果的准确性。
三、监测分析
地铁工程建设预计经历的工期较为长，施工中会有大量的地质、水文数据,以及各个环节的实测数据，包括基坑围护结构变形、压力变化、水位变化等，为后期施工和设计提供依据。大型的基坑工程一般会配备生产立方体监测仪器设备和多参数井内测量仪器以进行准确的数据采集和分析。
本地铁站工程施工期间设置了监测点，包括4个孔性应变计性能、3个桩顶位移计，以及周围井点的土压力感应器等多项监测设备，并通过专业的数据处理与分析，准备对基坑围护结构变形进行实时监测。
通过监测分析，得到以下结论：
1.监测数据表明，基坑围护墙结构在施工期间实际受到了较大的变形和应力，但在施工后的12个月内，基坑围护结构变形得到了明显的减小。
2.通过对监测数据的分析，可以发现监测数据与数值模拟结果之间的误差小，表明本文建立数值模拟模型的正确性和合理性。
3.监测数据显示，基坑围护结构的变形和稳定性，对施工质量的控制成为重点，尤其是在基坑围护结构的设备、出料场、螺旋输送机等周围环境中，更应严格控制，防止对基坑围护墙的稳定性产生影响。
结论
基于数值模拟和监测分析，可以得出本地铁站基坑围护结构设计、施工与监测的重要性。通过合理的设计、精细的施工和准确的监测，可以保证基坑围护结构的稳定，避免安全事故的发生，同时为地铁工程的顺利建设提供良好的支持。