趙法亮 彭紅艷 紀穎波

摘 要樁錨支護是一種比較成熟的基坑支護方法，可以提高基坑的整體穩(wěn)定性及安全性。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，水平位移對支護結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的危害要遠遠大于豎向位移，支護結(jié)構(gòu)水平位移自上而下呈遞減趨勢，位移大小直接關(guān)系到基坑周圍土體沉降量，基坑周圍地表沉降呈現(xiàn)拋物線分布。

關(guān)鍵字 樁錨支護基坑 位移 分析

中圖分類號：TB21文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0000-00

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進，地下空間的開發(fā)利用越來越得到注重，在建筑物密集的市區(qū)內(nèi)，基坑開挖深度將更深。深基坑在開挖過程中一是要考慮自身的安全，二是減少開挖過程對周邊環(huán)境的影響，確保周圍建筑、交通線的正常使用以及地下管線的安全[1]。樁錨支護因為其自身特點在深基坑支護中得到大量應(yīng)用。本文對樁錨支護方案下的基坑變形及基坑底部土體隆起情況做了分析。

1 工程概況

該工程位于舊城區(qū)，處于居民區(qū)中，空間狹小，周邊道路狹窄，人員密集，邊界條件較為復(fù)雜。該項目擬建地下兩層，地上二層的住宅，基礎(chǔ)埋深12.36m，局部13.36m和13.86m。

勘察報告將勘探深度（最大深度26.00m）范圍內(nèi)的土層劃分為兩大類：人工堆積層和第四紀沉積層，并根據(jù)各土層巖性及工程性指標進一步劃分為6層。

2 樁錨支護

樁錨支護是一種應(yīng)用廣泛的基坑支護方法，一般在基坑四周設(shè)置鋼筋砼灌注樁，用連梁連接各樁頂，隨基坑深度變化，在樁間土處施加不同數(shù)目的預(yù)應(yīng)力錨桿，增強基坑的邊坡穩(wěn)定性及安全性。

2.1支護方案設(shè)計

本方案采用直徑600mm的鋼筋砼護坡樁，中心距1200mm，為了減少坡頂位移和施工便利，樁頂全部位于自然地面下300mm處。根據(jù)基坑不同邊界條件，選取三個剖面進行支護方案設(shè)計并選取相應(yīng)的支護參數(shù)。

2.2支護結(jié)構(gòu)驗算

基坑整體安全及抗傾覆穩(wěn)定性驗算：

1）整體穩(wěn)定性驗算選用圓弧法[2]，其中土條寬度為0.4m；安全系數(shù)由式1得出。

式中W為支護結(jié)構(gòu)自重， 為主動土壓力的水平分力， 為主動土壓力的豎向分力，a、b、h分別為W、 、 對O點的力臂，如圖2所示。

3 數(shù)值模擬

3.1 有限元模型的建立

根據(jù)樁錨支護設(shè)計參數(shù)，建立有限元模型。模型網(wǎng)格見圖3。采用嵌入實體的方式以模型節(jié)點耦合，利用實體生成模型，在建筑物與土體或土體與開挖面的接觸面輸入嵌入實體的指令。在進行數(shù)值分析前，應(yīng)當(dāng)檢查所劃分網(wǎng)格的自由面，模型內(nèi)部嚴禁自由面的存在。

在本方案涉及的3種剖面類型中，僅分析最不利于安全的剖面，支護結(jié)構(gòu)模型見圖4。通過定義激活及鈍化單元來模擬基坑的分步（四步）開挖及支護結(jié)構(gòu)，確?；娱_挖工況于實際施工一致，保證分析結(jié)果的正確性。

3.2數(shù)值模擬結(jié)果

3.2.1水平位移

支護結(jié)構(gòu)變形分為水平位移和沉降，而水平位移對支護結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的安全性的影響占據(jù)主導(dǎo)，本文只關(guān)注水平方向位移的影響。支護結(jié)構(gòu)水平位移的大小直接影響基坑周圍土體沉降量。沿著基坑壁每隔1m距離依次向下取15個節(jié)點，繪制出樁錨支護水平位移曲線如圖5所示。

本模型設(shè)置開挖工況時，在開挖二層土體后對第一道錨桿施加預(yù)應(yīng)力，比較錨桿施加預(yù)應(yīng)力前后支護結(jié)構(gòu)水平位移的變化規(guī)律，從圖6中可以發(fā)現(xiàn)，未施加預(yù)應(yīng)力時，護坡樁處于懸臂狀態(tài)，樁身水平位移沿樁軸方向下減小。施加預(yù)應(yīng)力后，樁身位移減小趨勢更為明顯。由此可見錨桿施加預(yù)應(yīng)力后，可以有效控制基坑沿水平方向的變形。

3.2.2周圍土體沉降

基坑開挖過程中，由于土體開挖卸荷，基坑周圍土體會發(fā)生塑性運動，分別向基坑內(nèi)部和底部運動，這是造成基坑周圍地表沉降的主要原因。支護結(jié)構(gòu)水平位移量也會對沉降量產(chǎn)生影響。最終開挖工況下豎向位移色譜圖如圖7所示。自基坑邊緣向外的同一直線上每隔3m依次取9個節(jié)點，繪制出本支護形式沉降曲線如圖8所示。

圖7最終開挖工況下豎向位移圖圖8 不同開挖工況下基坑周圍沉降位移曲線

3.2.3基坑底部土體隆起分析

基坑支護結(jié)構(gòu)底部土體卸載表現(xiàn)為基坑底部隆起[3]。由于開挖造成的土體卸荷、支護結(jié)構(gòu)自重影響以及地面超載的作用下，基坑底部土體向坑內(nèi)移動，造成底部隆起的現(xiàn)象。沿基底以7m為單位依次取3個點進行變形分析，如下圖9所示。

圖9 樁錨支護不同開挖工況下坑底隆起變形曲線

4 結(jié)論

由以上分析可以得出以下結(jié)論：

1）支護結(jié)構(gòu)的水平位移從地表到坑底呈現(xiàn)逐漸減小規(guī)律。在開挖基坑內(nèi)土體時，由于卸荷作用，開挖側(cè)土體對護坡樁樁體的土壓力隨之降低，開挖深度范圍內(nèi)支護側(cè)土體向基坑內(nèi)移動，使得開挖面下部土體產(chǎn)生負位移。由于樁體嵌固深度的作用，負位移出現(xiàn)在開挖深度以下0～2m范圍內(nèi)。

2）隨著開挖深度的加深，基坑坑壁的水平位移也逐漸增大。當(dāng)開挖完成后，護坡樁的樁身水平位移達到最大值，為10.1mm，發(fā)生在-3m位置處。

3）基坑周圍地表沉降呈現(xiàn)拋物線分布，其變形量具有先增大后減小最后歸于零的規(guī)律。周圍地表沉降的影響范圍隨著基坑開挖深度的加深有擴大的趨勢，同時地表沉降量也隨之增大。本工程基坑最大沉降量為15.6mm，發(fā)生在距離基坑13.4m遠處。

4）基坑底部土體隆起量與基坑開挖深度成正比關(guān)系，且在基底開挖面中央?yún)^(qū)域出現(xiàn)最大隆起。這種現(xiàn)象的主要是由兩個方面引起，一是支護結(jié)構(gòu)的彈性模量較土體較大，基坑底部的土體要承受支護結(jié)構(gòu)變形引起的作用力，呈現(xiàn)坑底隆起；二是水平應(yīng)力的存在，當(dāng)支護結(jié)構(gòu)底部的土體向上運動時將會產(chǎn)生負摩擦力，呈現(xiàn)坑壁周圍土體的隆起量小于基坑中部。

參考文獻：

[1]曹洋. 分層降水開挖對基坑周邊環(huán)境變形影響分析[D].黑龍江科技學(xué)院碩士論文，2010

[2]陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)（第4版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.4：218～236

[3]尹曉.基坑開挖對鄰近砌體結(jié)構(gòu)房屋的影響分析和保護研究[D].同濟大學(xué)碩士論文，2006