陳志敏，余振錫，謝潘想

(安徽工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032)

0 前 言

經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，我國的基礎(chǔ)建設(shè)也得到空前發(fā)展，一座座高樓大廈拔地而起，樓宇越來越高的同時(shí)，基坑支護(hù)工程的重要性也日漸凸顯。傳統(tǒng)的支護(hù)形式如放坡開挖(無支護(hù))及簡(jiǎn)易支護(hù)，雖然經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且施工方便但是不適用于開挖深度過大的基坑；傳統(tǒng)的無內(nèi)支撐支護(hù)雖然施工工期快、難度小，但是基坑變形大，且基坑開挖深度較大時(shí)不適用；傳統(tǒng)的內(nèi)支撐支護(hù)雖然適用基坑開挖深度大且基坑穩(wěn)定性良好的工況，但是施工難度大，出土不方便。鄭剛等[1]提出了采用傾斜支護(hù)樁的新型綠色基坑支護(hù)形式，變形控制能力和穩(wěn)定性控制能力顯著提升。本文在其基礎(chǔ)上通過ABAQUS/CAE軟件對(duì)傾斜樁支護(hù)結(jié)構(gòu)、雙排直樁進(jìn)行有限元分析比較。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 部件創(chuàng)建

整個(gè)模型由三個(gè)部件組成:土體采取簡(jiǎn)化后的三維模型，長(zhǎng)100 m，寬7.5 m，高50 m，土層一個(gè)，開挖層兩個(gè)，每次開挖3 m。冠梁采用三維模型，長(zhǎng)7.5 m，寬2 m，高0.8 m。傾斜樁為邊長(zhǎng)0.5 m矩形樁，長(zhǎng)13 m的三維模型。直樁為邊長(zhǎng)0.5 m矩形樁，長(zhǎng)15 m的三維模型。

1.2 定義材料屬性

選定部件模型并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，定義界面屬性，將截面屬性分配給相應(yīng)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)材料分區(qū)。各部件的材料屬性見表1。

表1 各部件材料屬性表

1.3 裝配與分析步

創(chuàng)建的各個(gè)部件通過旋轉(zhuǎn)實(shí)體和平移實(shí)體組裝成一個(gè)模型。建立地應(yīng)力平衡分析步、加載樁體和冠梁、開挖1、開挖2。

1.4 建立相互作用與荷載

組裝好的模型應(yīng)對(duì)土體與樁體、樁體與冠梁建立相互作用，樁體底端與土體采用綁定連接，樁體頂端與冠梁接觸面采取綁定連接，樁體側(cè)面與土體采用接觸，切向行為罰函數(shù)，取值0.3，法向行為為硬接觸。限定土體的四面的水平位移和土體底部的水平位移、豎向位移。在地應(yīng)力平衡步對(duì)土體施加重力荷載，加載樁體和加載冠梁時(shí)分別對(duì)樁體與冠梁施加重力荷載。

1.5 劃分網(wǎng)格提交計(jì)算

土體、樁體、冠梁全局劃分尺寸為1的種子劃分網(wǎng)格。將處理好的模型創(chuàng)建分析任務(wù)并提交計(jì)算。模擬實(shí)驗(yàn)流程見圖1。

圖1 模擬實(shí)驗(yàn)流程圖

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 土體的沉降位移

傾斜樁組合結(jié)構(gòu)沉降變形云圖與傳統(tǒng)雙排樁沉降變形云圖如圖2所示，其中，傾斜樁組合結(jié)構(gòu)的坑內(nèi)最大隆起為135.8 mm,傳統(tǒng)的雙排樁坑內(nèi)最大隆起為136 mm,而兩者的最大沉降位移也相近且可以忽略不計(jì)。從沉降位移來看，傾斜樁組合結(jié)構(gòu)具有良好的支護(hù)作用，與傳統(tǒng)雙排樁的支護(hù)效果相當(dāng)。

(a)傾斜樁組合

2.2 土體的水平位移

傾斜樁組合結(jié)構(gòu)水平變形云圖與傳統(tǒng)雙排樁水平沉降變形云圖如圖3所示，其中，傾斜樁組合結(jié)構(gòu)的最大水平位移為8.82 mm,傳統(tǒng)的雙排樁最大水平位移為8.46 mm。從水平位移角度，傾斜樁組合結(jié)構(gòu)的支護(hù)作用良好，與傳統(tǒng)雙排樁的支護(hù)效果相當(dāng)。

(a)傾斜樁組

2.3 前排樁的水平位移

傾斜樁組合結(jié)構(gòu)的前排樁與傳統(tǒng)雙排樁前排樁的隨樁長(zhǎng)水平變形散點(diǎn)對(duì)比如圖4所示，其中，傾斜樁組合結(jié)構(gòu)前排樁的最大水平位移為4.17 mm,傳統(tǒng)的雙排樁前排樁的最大水平位移為3.75 mm。傾斜樁組合結(jié)構(gòu)的支護(hù)作用良好，與傳統(tǒng)雙排樁的變形趨勢(shì)相同。

圖4 前排樁水平位移圖

3 結(jié)束語

1)三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比來看，傾斜樁組合結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)雙排樁的支護(hù)效用相似，本次模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)工程實(shí)踐具有指導(dǎo)意義。

2)傾斜樁組合結(jié)構(gòu)無需內(nèi)支撐，施工方便快捷，安全性高，綠色環(huán)保，是未來應(yīng)用趨勢(shì)。

[ID:013421]