李向群 楊豐年 王海鵬

(1:吉林建筑大學(xué)測繪與勘查工程學(xué)院,長春 130118; 2:大連恒基巖土工程有限公司,大連 116000)

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬分析*

李向群1楊豐年1王海鵬2

(1:吉林建筑大學(xué)測繪與勘查工程學(xué)院,長春 130118; 2:大連恒基巖土工程有限公司,大連 116000)

本文通過工程勘察的地質(zhì)條件資料,選用ANSYS數(shù)值模擬分析的方法,闡述了樁錨支護(hù)的方法及應(yīng)用,通過實(shí)例體現(xiàn)了樁錨支護(hù)在基坑支護(hù)中的優(yōu)缺點(diǎn)及樁錨與土之間的相互作用,并為以后基坑工程中的樁錨支護(hù)提供借鑒和參考.

混凝土灌注樁；基坑；支護(hù)；數(shù)值模擬

目前，隨著基坑工程的增多,為保證基坑施工的順利進(jìn)行,在綜合考慮各種影響因素基礎(chǔ)上,認(rèn)為選擇好的基坑支護(hù)方案尤為重要.我國根據(jù)各種條件下已擁有一套完整的支護(hù)方案,樁錨支護(hù)應(yīng)用廣泛,適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在這種大環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生.ANSYS[1]數(shù)值模擬分析軟件由于模擬實(shí)際施工工況具有一定優(yōu)勢，因此被廣為運(yùn)用.例如張欽喜[2]運(yùn)用護(hù)坡樁彎矩的數(shù)值模擬分析結(jié)果和實(shí)測值、反分析法計(jì)算的土壓力值進(jìn)行分析;張浩龍[3]把土釘和樁錨支護(hù)的變形機(jī)理進(jìn)行數(shù)值模擬分析;王明龍[4]把樁錨不同工況進(jìn)行模擬,結(jié)果表明開挖后的變化規(guī)律與實(shí)際施工監(jiān)測數(shù)據(jù)趨勢吻合.

1 工程概況

基坑位于長春市內(nèi),基坑深度最大處15m.因施工場地緊張,基坑邊有重型車通過,并考慮坑邊臨時(shí)材料堆載.在基坑施工過程中,為確?；邮┕ぜ笆褂玫陌踩?該部位采用混凝土灌注樁+錨索支護(hù)方案,基坑位置如圖1所示.

圖1 力旺壹號院基坑的位置

1.1 工程地質(zhì)條件

建筑場區(qū)位于長春波狀平原內(nèi)，場區(qū)地勢南側(cè)高，北側(cè)低，勘察點(diǎn)間最大相對高差為6.94m，標(biāo)高采用城市統(tǒng)一高程.據(jù)鉆探資料、標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探原位測試，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)成果綜合判定，場區(qū)地基土自上而下依次為：① 雜填土；② 粉質(zhì)粘土；③ 粉質(zhì)粘土(③1粉質(zhì)粘土)；④ 粉質(zhì)粘土；⑤ 粉質(zhì)粘土；⑥ 粘土；⑦ 泥巖.各土層的性質(zhì)具體描述如下：

① 雜填土：雜色，大部分地段為柏油路面及回填碎石等，運(yùn)動(dòng)場范圍內(nèi)上部含大量植物根系，結(jié)構(gòu)松散.厚度0.60m～2.10m；

② 粉質(zhì)粘土：黃褐色，可塑，中壓縮性，切面稍有光澤.層厚1.10m～3.90m；

③ 粉質(zhì)粘土：黃褐色，褐黃色，可塑偏硬，中壓縮性，含鐵錳結(jié)核，切面有光澤，局部地段夾③1層可塑地層.層厚1.40m～5.10m；

④ 粉質(zhì)粘土：黃褐色.可塑，中壓縮性，切面稍有光澤，含鐵錳結(jié)核.層厚1.70m～4.30m；

⑤ 粉質(zhì)粘土：黃褐色，褐黃色，為過度層位，可塑偏硬，中低壓縮性，含較多鐵錳結(jié)核，切面有光澤.層厚1.60m～4.60m；

⑥ 粘土：褐黃色，褐色，桔紅色，硬塑至堅(jiān)硬，含大量鐵錳結(jié)核，切面有油質(zhì)光澤.層厚7.00m～10.10m；

⑦ 泥巖：棕紅色，灰綠色，風(fēng)化呈大塊狀，泥巖與泥質(zhì)粉砂巖以互層形式存在，層內(nèi)強(qiáng)度自上而下迅速增高，本次勘察中最大揭露厚度6.50m.

1.2 基坑支護(hù)方案的選擇

本項(xiàng)目地下為一到二層,考慮主樓承臺高度及地下室底板厚度,一層地下室基坑槽底標(biāo)高定為225.0m,二層地下室基坑槽底標(biāo)高定為217.7m,基坑深度介于7.0m～15m,基坑總長度241m.所以采用混凝土灌注樁+錨索支護(hù)方案.在進(jìn)行基坑支護(hù)類型方案優(yōu)選時(shí),主要依據(jù)4個(gè)方面:① 先進(jìn)性、施工技術(shù)可靠性分析;② 對于周邊環(huán)境的影響程度進(jìn)行評價(jià);③ 施工工期長短分析;④ 支護(hù)的綜合經(jīng)濟(jì)對比.

2 樁錨支護(hù)數(shù)值模擬分析

2.1 土層參數(shù)

通過ANSYS軟件建模所需的各土層物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)從地質(zhì)資料中可得，具體參數(shù)指標(biāo)值見表1.

表1 土層參數(shù)

圖2 樁錨支護(hù)模型

2.2 建立模型

該圖形模擬開挖支護(hù)分為4部:① 基坑開挖至4m,設(shè)置第一層錨索,入射角15°,總長27.5m,錨固段長17.5m;② 開挖至8m,設(shè)置第二層錨索,入射角15°,總長26m,錨固段長18.5m;③ 開挖至11.5m,設(shè)置第三層錨索,入射角15°,總長24m,錨固段長18m;④ 開挖至坑底.

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)模型建立選擇單元plane82和單元link1,分別模擬土體與樁和錨桿，開挖模型如圖2所示.

2.3 數(shù)值模擬分析與檢測對比結(jié)果

由圖3～圖5可以清楚的看出,樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)x方向基坑支護(hù)邊緣比其他區(qū)域位移變化大,坑壁方向的水平位移隨著基坑開挖深度增大,位移量及位移范圍逐漸增大,當(dāng)完成最后一步開挖后,樁體的最大位移發(fā)生在坑頂，與理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算結(jié)果相較理正軟件計(jì)算結(jié)果比較略有偏大.

由于基坑較深,隨著第一次開挖到第四次開挖,錨桿的自由端應(yīng)力較小,應(yīng)力大部分在錨固部位,且隨長度的增加逐漸減弱,由于支護(hù)樁進(jìn)入土體有一定的深度,對支護(hù)樁的下部有一定的約束,而支護(hù)樁的上部又有錨桿與土體對樁上部的約束,所以樁中間部位會(huì)出現(xiàn)隆起現(xiàn)象,樁在x方向的變化隨樁身往下變大，然后減弱.

圖3 一挖x方向位移 圖4 最后一挖x方向位移 圖5 最后一挖第一主應(yīng)力

在實(shí)際工程中基坑的安全是十分重要的,為確保安全、合理，在基坑開挖之前特別設(shè)置了35個(gè)監(jiān)測點(diǎn)對基坑樁頂水平位移進(jìn)行檢查,并于第一次開挖后進(jìn)行首次監(jiān)測.由于文章篇幅的限制,本文僅對其中主要的3個(gè)點(diǎn)的樁頂變形模擬與實(shí)際值進(jìn)行比較(見圖6～圖8).結(jié)果顯示,模擬值與實(shí)際值接近,差異不大,總體來說是符合工程實(shí)際的.圖中A點(diǎn)的實(shí)測值經(jīng)歷了先下降再上升的變化,然后再與模擬值的變化趨勢相同,這可能是因?yàn)椴牧系拇罅堪徇w導(dǎo)致的位移變動(dòng).

圖6 A點(diǎn)水平位移變化 圖7 B點(diǎn)水平位移變化 圖8 C點(diǎn)水平位移變化

3 結(jié)語

本文通過ANSYS數(shù)值模擬分析基坑開挖支護(hù)的各個(gè)工況,得出土體較大位移在基坑底部及基坑外側(cè)一定距離需要重視.參數(shù)的選定對于基坑工程數(shù)值模擬分析來說很重要,也是一個(gè)難點(diǎn)所在,而本文樁頂?shù)乃轿灰婆c實(shí)際檢測數(shù)據(jù)比較,得出的趨勢大體相同,誤差在允許范圍內(nèi).對于本工程錨固段過長會(huì)造成不必要的浪費(fèi),與現(xiàn)場施工情況一致,進(jìn)一步認(rèn)證了數(shù)值模擬分析的方法在施工中的可行性.樁錨支護(hù)是基坑支護(hù)中的一種,其應(yīng)用前景十分廣闊,即能用于邊坡的穩(wěn)定加固,也能用于其他多種建筑工程中,不僅為類似的工程提供了一定的借鑒,而且也為實(shí)際的設(shè)計(jì)施工提供了可用的參考意見.

[1] 北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所.北京理正深基坑支護(hù)F-SPW5.3[Z].2006.

[2] 張欽喜,樊紹鋒,周予啟.深基坑樁錨支護(hù)側(cè)土壓力反分析及數(shù)值模擬[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009,28(1):3214-3220.

[3] 張浩龍,李柏生,任永忠,朱彥鵬.深基坑土釘和樁錨支護(hù)數(shù)值模擬分析[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào),2012,38(6):123-128.

[4] 王明龍,王景梅.深基坑樁錨支護(hù)中樁內(nèi)力變化規(guī)律數(shù)值模擬研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2013,9(3):576-627.

Pile Anchor Support in Technical Support of Deep Foundation Pit

LI Xiang-qun1，YANG Feng-nian1，WANG Hai-peng2

(1:School of Geometrics and Prospecting Engineering,Jilin Jianzhu University,Changchun,China 130118; 2:Dalian Henderson Geotechnical Engineering Co.Ltd,Dalian,China 116000)

Foundation pit engineering is more and more important in the real life. The foundation pit engineering selected supporting scheme is also very worthy of study. This paper through a project example introduces the application of pile anchor supporting and retaining method. This example shows that the pile anchor support in foundation pit shall be widely used.

bored concrete pile；soil nailing wall；foundation pit；shoring

2014-09-13.

李向群(1962～),男,吉林省長春市人,教授,博士.

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部項(xiàng)目(2012555).

TU

A

2095-8919(2015)01-0018-03