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        復(fù)合支護(hù)下深基坑的變形破壞和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力演化過程分析

        2015-07-25 20:17:29黃志全等
        關(guān)鍵詞:支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑

        黃志全等

        摘要:以某深基坑工程為研究對象,利用巖土數(shù)值分析FLAC 3D軟件,建立三維數(shù)值分析模型,模擬開挖和支護(hù)實(shí)際工況,分析了雙排微型樁復(fù)合土釘支護(hù)下基坑開挖過程中的變形破壞和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力演化特征。結(jié)果表明:坑壁水平位移總體上呈現(xiàn)基坑頂部小、基坑中下部大的形式,位移等值線呈鼓肚狀;基坑基底隆起量較大,隨著距基坑壁距離的減小而減??;基坑邊坡豎向沉降較小,最大沉降量出現(xiàn)在支護(hù)結(jié)構(gòu)之后;土釘軸力分布呈中間大、兩端小的形式,離基坑底部越近,土釘?shù)淖畲筝S力點(diǎn)越靠近基坑開挖面,且隨著開挖深度增加,土釘軸力初始增長迅速而后發(fā)展較為緩慢;前排微型樁彎矩大于后排,微型樁最大彎矩隨著開挖深度的增加不斷增大且不斷下移,開挖完成后彎矩最大值位于基坑底部以下2 m深度處;基坑開挖及支護(hù)過程中監(jiān)測點(diǎn)的位移時程曲線和塑性區(qū)分布區(qū)域說明基坑整體穩(wěn)定性較好,但在坡頂后緣出現(xiàn)拉張塑性區(qū),基坑壁淺表層和基坑底角部位出現(xiàn)剪切破壞區(qū),在施工中應(yīng)對其采取針對性措施進(jìn)行保護(hù);該研究成果對深基坑開挖過程中動態(tài)演化過程認(rèn)識和變形破壞防治具有一定參考意義。

        關(guān)鍵詞:復(fù)合支護(hù);深基坑;變形破壞特征;支護(hù)結(jié)構(gòu);塑性區(qū);三維數(shù)值分析

        中圖分類號:TU473文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0引言

        目前的城市建設(shè)中,深基坑工程已經(jīng)非常普遍,往往都具有開挖深度大、規(guī)模大及環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn),出現(xiàn)了各種形式的支護(hù)結(jié)構(gòu)[1-10]。復(fù)合土釘支護(hù)是將土釘與預(yù)應(yīng)力錨索、深層攪拌樁或微型鋼管樁等結(jié)合起來形成的一種新型支護(hù)技術(shù),一些學(xué)者對其進(jìn)行了研究,文獻(xiàn)[11]~[13]對深基坑土釘和預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合支護(hù)方式進(jìn)行了研究;孫劍平等[14]對預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻的變形規(guī)律進(jìn)行了實(shí)測分析;袁守文等[15]研究了預(yù)應(yīng)力錨索微型樁在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用;李彥初等[16]對鋼管樁、土釘、預(yù)應(yīng)力錨索3種支護(hù)結(jié)構(gòu)的復(fù)合支護(hù)進(jìn)行了數(shù)值模擬;宋廣等[17]對單純土釘支護(hù)和微型樁復(fù)合土釘支護(hù)進(jìn)行了對比分析?;訉?shí)際施工過程中,側(cè)土壓力和支撐力不斷變化,支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體相互作用,周邊土體位移和作用在樁體上的力也在不斷演化,這是一個復(fù)雜的具有時間空間效應(yīng)的過程。

        本文以某深基坑工程為研究對象,利用巖土數(shù)值分析FLAC 3D軟件,建立三維數(shù)值分析模型,模擬開挖和支護(hù)實(shí)際工況,分析雙排微型樁復(fù)合土釘支護(hù)下基坑開挖過程中的變形破壞和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力演化特征,研究成果將對深基坑開挖過程中動態(tài)演化過程認(rèn)識和變形破壞防治具有一定參考意義。

        1基坑地質(zhì)條件及支護(hù)方案

        1.1工程地質(zhì)條件

        某深基坑所在場地最大勘察深度65 m,揭露的地層除上部為雜填土、素填土外以第四系沖洪積地層為主。根據(jù)巖土的物理力學(xué)性質(zhì),該基坑勘察深度內(nèi)各個土層編號及分述如下:①雜填土,雜色,主要由建筑垃圾組成,層厚1.3~3.4 m;②粉土夾粉砂,黃褐色—褐黃色,中密—密實(shí),土質(zhì)均勻,層厚0.9~4.7 m;③粉土,③-1粉質(zhì)粘土,暗黃—灰褐色,局部夾粉土薄層,層厚2.0~5.6 m,③-2粉土,灰褐色,中密—密實(shí),土質(zhì)較均勻,揭露厚度為0.50~3.10 m;④粉土夾粉砂,褐黃—黃褐色,中密—密實(shí),層厚1.6~4.8 m;⑤粉土,褐黃色,稍濕—濕,密實(shí),土質(zhì)不均,層厚3.8~6.2 m;⑥粉砂,褐黃—黃褐色,一般可塑狀態(tài),土質(zhì)不均,層厚0.9~4.1 m。

        1.2基坑支護(hù)方案

        基坑開挖深度為10 m,受場地條件限制,基坑坑壁垂直開挖,采用雙排微型樁復(fù)合土釘墻支護(hù),坑壁噴射混凝土面層,基坑邊坡支護(hù)剖面見圖1,其中,D為樁徑,L為樁長,微型樁樁頂標(biāo)高為自然地面,雙排設(shè)置,樁長15.0 m,樁徑100 mm,橫向間距0.5 m,縱向間距0.5 m。微型樁孔徑120 mm,橫向間距0.5 m,排間距0.5 m,長度15 m,內(nèi)置40 mm壁厚不小于2.5 mm的鋼管,填充粒徑5~10 mm碎石,灌注體積比1∶0.5的純水泥漿,微型樁之間以及前排與后排之間無連接;土釘縱橫間距1.0 m,傾角10°,主筋采用22鋼筋,長度9~12 m,洛陽鏟或小型機(jī)械成孔,孔徑100 mm,注漿壓力0.2~0.4 MPa,注漿材料為體積比1∶0.5的純水泥漿,無預(yù)應(yīng)力;面層噴射混凝土厚度80 mm,混凝土強(qiáng)度等級C20,施工過程中水泥、水、砂、碎石的質(zhì)量比為1∶0.5∶2∶2,鋪設(shè)6@250×250鋼筋網(wǎng),加強(qiáng)筋采用10@1 000菱形布置,交叉點(diǎn)與土釘端頭彎折后焊接牢固。

        2.1計算模型

        數(shù)值計算模型總寬度(x方向)為35 m,基坑部分寬度為10 m,垂直剖面方向(y方向)為10 m,深度(z方向)為25 m,計算模型如圖2所示,共劃分71 400個單元、77 532個節(jié)點(diǎn)。模型側(cè)邊界施加法向位移約束,底部邊界施加位移全約束。在模擬計算中,土體采用三維實(shí)體單元,土釘采用Cable單元,微型樁采用Pile單元,混凝土面層采用Shell單元[18],具體加固方案模擬如圖3所示。

        .2參數(shù)選取

        基坑支護(hù)模擬分析所需的主要參數(shù)有土層物理力學(xué)參數(shù)、土釘計算參數(shù)、微型樁計算參數(shù)以及混凝土面層參數(shù),總的參數(shù)選取見表1,2,不同土層參數(shù)根據(jù)其厚度范圍進(jìn)行賦值。

        2.3計算過程

        3.1不平衡力監(jiān)測曲線

        圖4為基坑開挖過程中系統(tǒng)的不平衡力監(jiān)測曲線。由圖4可知,從自然狀態(tài)開始第1步開挖到開挖完成的過程中,每次開挖時系統(tǒng)的不平衡力都有一個突然增大的趨勢,然后就要經(jīng)歷一個由大到小逐步調(diào)整的過程,直至達(dá)到平衡,這也是基坑由每步開挖產(chǎn)生變形到逐步穩(wěn)定的過程。根據(jù)系統(tǒng)的不平衡力監(jiān)測曲線是否收斂來判別基坑邊坡的穩(wěn)定性可知,該基坑在開挖支護(hù)過程中整體穩(wěn)定性較好。

        3.2基坑變形破壞演化過程

        3.2.1水平位移

        圖5為基坑開挖完成后的水平位移云圖,負(fù)值表示位移方向朝向基坑內(nèi)側(cè),正值表示朝向基坑外側(cè)。從圖5可以看出,坑壁水平位移總體上呈現(xiàn)基坑頂部小、基坑中下部大的形式,并且在基坑深度約7 m處水平位移達(dá)到最大值,為3.54 cm,占基坑最大開挖深度的0.354%,小于0.4%,滿足要求,同時也說明復(fù)合支護(hù)下基坑的最大水平位移并不是發(fā)生在坡頂。在同一高度處,隨著離基坑壁距離的增加,水平位移逐漸減小,位移等值線呈鼓肚狀。基底面以下的墻體由于受到墻前被動土壓力的作用水平位移較小。

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