武汉某建筑基坑不均匀沉降分析

王发玲1 ,龚哲2

(1.武汉市建设学校，湖北 武汉  430071 2.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉  430023)

摘要：在土质良好的地基上建造建（构）筑物时，通常采用天然地基。但当建（构）筑物高低不一时，会使得基底应力差异较大，进而产生不均匀沉降，影响建筑结构的安全。因此，采用变厚度底板的结构措施来协调变形，并通过数值分析验证了此方法的可行性。

关键词：基坑；变厚度底板；不均匀沉降

作者简介：王发玲（1987—），女，山东临沂，工程师，硕士研究生，主要从事建筑土木工程方向的设计和教育教学研究。通信地址：武汉市汉阳区知音东路66号，电话：[phone]，E-mail：[e-mail]。

1. 项目概况

拟建的建筑位于长江三级阶地，主要包括3F地下室、6F裙楼和25F办公楼。基坑开挖深度15m，采用桩+内支撑的支护形式。在纯地下室和裙楼处采用1m厚的筏板，在办公楼处采用1.5m厚的筏板。

2.地基变形特点分析

拟建地下室、裙楼与主楼荷载差异显著，主楼荷载大，沉降量大，地下室和裙楼荷载小，沉降量小，则在主楼与地下室、裙楼间将产生较大的差异沉降，导致变形不协调。地下室底板基础将产生较大的结构内力，容易导致地下室底板损伤，结构开裂。因此在基础设计时采用变厚度底板的来协调变形。

3.变形数值分析

3.1计算软件及范围

本项目采用新一代通用岩土分析软件midas GTS/NX来进行分析。选取25F办公楼作为研究对象，考虑基坑开挖的影响，建立三维整体模型。模型计算范围的控制原则为边界条件不能过大的影响关心部位的计算结果，根据以往研究经验，基坑数值计算时，模型外扩范围宜不小于3倍基坑深度。本整体模型中包含了拟开挖基坑和拟建办公楼，模型计算范围为长约180m，宽约150m，土层计算深度为70m。三维模型图1所示。

图1三维有限元网格模型

3.2 计算参数

依据岩土工程勘察报告，结合已有工程数值模拟经验，各土层弹性模量的取值如下表1。

表1岩土层主要物理力学参数表

土层名称	重度(kN/m3)	加载模量MPa)	粘聚力（kPa）	内摩擦角（°）
黏土	19.3	12	42	17
黏质砂性土	20.1	14	0	23
含卵砾石粘质砂性土	18.5	20	0	25
混凝土	25	3×104	——	——

3.3网格划分

土体、地下室及办公楼均采用实体单元，基坑开挖的支护桩采用二维板单元，立柱桩、格构柱及内支撑采用一维梁单元模拟。其中实体单元采用四面体单元格。模型共有138,449个单元，25,496个节点。除混凝土采用弹性模型，其他均采用修正摩尔-库伦模型。如图2所示。

图2 基坑开挖的支护结构

3.4边界条件

三维整体模型的边界条件为：模型底部约束Z方向位移，模型前后两面约束Y方向位移，模型左右两面约束X方向位移。

4计算结果及分析

4.1基坑开挖至坑底后的变形分析

图3基坑开挖完成后基坑的变形

图4基坑开挖完成后支护结构的变形

由图3和图4可以看出，采用两道撑支护基坑开挖至坑底时，基坑的整体位移较小，坑底最大隆起位移为39.03mm，支护结构的最大变形为60.48mm。

4.2主楼建成后的变形分析

由图5~图8可以看出，底板在X和Y方向的位移较小，仅有3mm左右的变形，主要的沉降变形发生在Z方向上。底板的最大位移为64.88mm，这主要是由主楼和地下室的自重荷载引起的沉降变形。

图5主楼施工完成后底板的沉降变形

图6主楼施工完成后底板X方向的沉降变形

图7主楼施工完成后底板Y方向的沉降变形

图8主楼施工完成后底板Z方向的沉降变形

由图5可以看出底板X方向的沉降差为51.85-30.45=21.40mm＜71.6×0.002=0.1432m，底板Y方向的沉降差为51.85-49.01=2.84mm＜52.2×0.002=0.1044m，符合《建筑地基基础设计规范》的要求。

5.结论

通过有限元分析软件midas GTS/NX对大厦进行三维有限元分析，得出采用天然地基并加厚主楼下的基础厚度后，主楼底板的最大沉降变形为64.88mm，最大沉降差为21.40mm，满足规范和使用要求。