張凱 范孟華 王瑋
(河南大學(xué)土木建筑學(xué)院 河南開(kāi)封 475004)
樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)因其材料用量少、低成本、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn),在深基坑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。目前關(guān)于樁錨支護(hù)的研究很多,申海平[1]等對(duì)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的空間分布進(jìn)行了分析,得出樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)變形坑角效應(yīng)的影響范圍和影響系數(shù);鮑生才[2]通過(guò)有限元軟件與實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合,得出開(kāi)挖深度對(duì)基坑側(cè)壁穩(wěn)定性的影響規(guī)律;時(shí)偉[3]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),得出了支護(hù)樁與樁側(cè)土體隨開(kāi)挖工況而變化的水平位移分布規(guī)律。本文利用ABAQUS有限元軟件,以樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,結(jié)合工程實(shí)例,針對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)基坑變形的影響進(jìn)行三維有限元分析。
該基坑工程位于蘭州某地,擬建建筑25F-27F,地下三層。基坑長(zhǎng)度約為205m,寬約為71m,開(kāi)挖深度為20m。場(chǎng)地底面絕對(duì)標(biāo)高為1511.7m。
根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,地貌單元屬黃河南岸Ⅰ級(jí)階地,場(chǎng)地地層在勘探深度范圍內(nèi),自上而下主要為①填土層:層厚為4.0m,容重為17.0kg/m3,內(nèi)摩擦角為12°,粘聚力為0.01kPa;②卵石層:層厚為6.0m,容重為23.0kg/m3,內(nèi)摩擦角為30°,粘聚力為0kPa;③第三系砂巖層:厚為50.0m,容重為 24.0kg/m3,內(nèi)摩擦角為 25°,粘聚力為 0.02kPa。
由于考慮到周?chē)ㄖ锏叵率彝鈮Φ挠绊?,故錨索打入位置并不一樣,以基坑?xùn)|側(cè)陽(yáng)角處為界,將其南側(cè)三排錨索編號(hào)1、2、3北側(cè)錨索標(biāo)號(hào)4、5、6,各排錨索材料參數(shù)分別為:1號(hào)錨索豎向間距3.5m,總長(zhǎng)11.0m,預(yù)應(yīng)力150kN;2號(hào)錨索豎向間距4.0m,總長(zhǎng)13.0m,預(yù)應(yīng)力290kN;3號(hào)錨索豎向間距4.5m,總長(zhǎng)20.0m,預(yù)應(yīng)力400kN;4號(hào)錨索豎向間距4.5m,總長(zhǎng)15.0m,預(yù)應(yīng)力180kN;5號(hào)錨索豎向間距4.5m,總長(zhǎng)17.0m,預(yù)應(yīng)力340kN;6號(hào)錨索豎向間距5.0m,總長(zhǎng)21.5m,預(yù)應(yīng)力450kN;支護(hù)樁參數(shù)為樁徑1.0m,樁長(zhǎng)28m,樁間距1.8m。
ABAQUS計(jì)算模型:長(zhǎng)×寬×高為170m×70m×60m,模型底面固定,側(cè)面限制水平位移,上表面為自由邊界。假定土體材料破壞符合Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則。錨索、支護(hù)樁采用線彈性模型。定義M-C本構(gòu)模型的彈性模量由勘測(cè)報(bào)告中的壓縮模量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定[4],根據(jù)等剛度原則,將支護(hù)樁等效為地下連續(xù)墻[5],錨索自由段通過(guò)降低溫度的方法對(duì)其施加預(yù)應(yīng)力[6~7]。
將陽(yáng)角北側(cè)段中部變形最大的樁體在每個(gè)工況下樁身的水平位移數(shù)據(jù)提取,從其結(jié)果看出:樁身最大位移發(fā)生在樁頂位置,并沿樁身長(zhǎng)度不斷減小,這與加內(nèi)支撐的變形不同[8];隨著基坑開(kāi)挖的進(jìn)行,樁身整體位移不斷增大,說(shuō)明基坑開(kāi)挖深度對(duì)支護(hù)的變形影響很大;在有錨桿打入的位置,相鄰兩工況樁身變形較小。
做出無(wú)錨索狀況下的對(duì)比模型。將兩個(gè)模型中基坑陽(yáng)角西側(cè)段陽(yáng)角處樁身位移、陰角處樁身位移、中部樁身位移和西側(cè)段整體樁頂位移分別提取,結(jié)果表明:兩種狀況下,樁身最大位移均發(fā)生在中部,陽(yáng)角處次之,陰角處最?。粯渡碚w變形均為上部最大,并沿樁身向下不斷減小;樁身變形差別很大,除陰角處外,其余部位均大于有錨索狀況下樁身位移,預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)抑制基坑變形效果明顯;陰角處均為基坑變形最小且最穩(wěn)定處,故在實(shí)際工程中可降低該處支護(hù)等級(jí);陽(yáng)角處變形較大,應(yīng)在工程中重點(diǎn)注意。有錨索和無(wú)錨索狀況下,樁頂水平位移差別很大,預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)抑制基坑變形效果明顯。
通過(guò)模擬值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn):在基坑的整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程中,檢測(cè)點(diǎn)水平位移檢測(cè)值與模擬值具有相似的趨勢(shì)且數(shù)值相差不大,說(shuō)明本模型采取的本構(gòu)關(guān)系是合理的。
圖1
①基坑開(kāi)挖深度對(duì)基坑支護(hù)的變形影響很大;②深基坑樁錨支護(hù)中,預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)控制基坑變形具有顯著作用;③預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)基坑陽(yáng)角效應(yīng)具有明顯抑制作用。
[1]申海平,彭文祥,郝玉,等.深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的坑角效應(yīng)分析[J].土工基礎(chǔ),2016,30(01):73~76+82.
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