謝潘想，余振錫，陳志敏

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

0 前 言

傾斜組合樁在深基坑支護(hù)當(dāng)中比較新穎，在同等外界環(huán)境下該種組合樁優(yōu)于雙排樁，因?yàn)樵陂_(kāi)挖一定深度時(shí)雙排樁會(huì)因位移變形的影響而不能繼續(xù)使用，但對(duì)于傾斜組合樁而言，其具有很好的控制變形能力，是因?yàn)榍芭诺膬A斜樁起到了支撐作用，同時(shí)傾斜樁、豎直樁和樁間土形成了重力體[1]，很好地起到了類似重力式擋土墻的作用。由于樁間土的多少的問(wèn)題受到了前排傾斜角度和傾斜樁與豎直樁之間的排距的影響，由于傾斜組合樁傾斜角度本身控制很小，所以在小角度變化下起到的影響并沒(méi)有排距的影響大。本文采用ABAQUS有限元軟件模擬了三種排距在兩種傾角下對(duì)傾斜組合樁的影響進(jìn)行分析，排除單傾角下排距影響規(guī)律的偶然性。

1 工程概況

本文數(shù)值模擬以福建省某基坑傾斜組合樁支護(hù)為例，其基坑最大開(kāi)挖9.7 m，周長(zhǎng)約480 m，基坑形狀似矩形。模擬過(guò)程采用三次開(kāi)挖，先進(jìn)行第一次1∶0.75放坡開(kāi)挖，開(kāi)挖深度為3 m，距離坡腳向坑內(nèi)方向3.5 m處進(jìn)行施工樁和冠梁，然后依次第二次開(kāi)挖3 m,第三次開(kāi)挖3.7 m。模擬范圍內(nèi)的土體物理指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 土體物理指標(biāo)參數(shù)

2 模擬計(jì)算及工況

2.1 尺寸擬定

考慮到傾斜組合樁的邊界效應(yīng)以及周圍復(fù)雜的環(huán)境，為了簡(jiǎn)化計(jì)算模型，截取其基坑支護(hù)的部分結(jié)構(gòu)。幾何模型的寬度一般取開(kāi)挖深度的3～4倍，高度取開(kāi)挖深度的2～3倍[2]，以及根據(jù)基坑對(duì)稱性選取一半的開(kāi)挖寬度的建模規(guī)則結(jié)合基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模擬的位置最終擬定模型尺寸為100 m×50 m×6 m,樁后尺寸長(zhǎng)為50 m，坑內(nèi)尺寸約44 m，網(wǎng)格的劃分規(guī)則為由開(kāi)挖區(qū)域向較遠(yuǎn)區(qū)域由密到疏的單精度劃分法，如圖1所示。前排傾斜樁直徑d=0.6 m間距為2.4 m共3根。后排豎樁直徑d=0.6 m，間距為1.2 m共5根，冠梁長(zhǎng)為6 m，高為0.8 m，寬度當(dāng)排距1 d時(shí)為2 m，2 d時(shí)2.6 m，3 d時(shí)為3.2 m，傾斜組合樁結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圓形樁與方形樁的轉(zhuǎn)化公式進(jìn)行簡(jiǎn)化模型方樁邊長(zhǎng)c為[3]:

c=0.866 d

(1)

圖1 傾斜組合樁支護(hù)模型及網(wǎng)格劃分示意圖

圖2 傾斜組合樁結(jié)構(gòu)

2.2 模型載荷及邊界條件

此次模擬過(guò)程中沒(méi)有考慮基坑外地表附加應(yīng)力和地下水壓力的作用，只對(duì)模型中的各個(gè)部件進(jìn)行了自重加載。對(duì)于土體的邊界約束為，土體前后、左右面進(jìn)行了水平兩個(gè)方向的約束，土體的底部控制了三個(gè)方向的約束。前排斜樁與冠梁采用Tie的約束，與土體采用將斜樁嵌固在土里。后排豎直樁與冠梁也是Tie的約束，與土體切向采用罰接觸，摩擦力為0.35，法向采用硬接觸[4]。冠梁與土體切向也是采用罰接觸，摩擦力為0.35，法向采用硬接觸。模型的地應(yīng)力平衡采用ODB文件導(dǎo)入方式進(jìn)行平衡。

2.3 模擬工況

在模擬過(guò)程中為了防止排距對(duì)傾斜組合樁的位移影響出現(xiàn)偶然性，采用了兩種傾角分別進(jìn)行了3種不同排距的模擬，工況如見(jiàn)表2。

3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過(guò)6種工況的數(shù)值模擬得出前排傾斜樁和后排豎直樁的水平位移云圖如圖3～8所示。

圖3 工況1水平位移云圖

圖4 工況2水平位移云圖

圖5 工況3水平位移云圖

圖6 工況4水平位移云圖

圖7 工況5水平位移云圖

圖8 工況6水平位移云圖

以上6種工況云圖中每張圖中左邊為斜樁云圖，右邊為豎直樁云圖，進(jìn)行最大位移統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 傾斜組合樁最大水平位移 單位:mm

3.2 數(shù)據(jù)分析

將6種工況的最大水平位移對(duì)比如圖9所示。

從工況1到工況3或者從工況4到工況6，都可以看出隨著排距的增加，斜樁的最大位移是先增加后減小，而豎直樁是先減小后增加的規(guī)律。因?yàn)楫?dāng)排距增加時(shí)樁間土增多，傾斜組合樁與樁間土形成的剛體變大，抗位移能力變強(qiáng)，因此豎直樁最大位移變小。但是隨著排距不斷增加，雖然剛度變強(qiáng)，整體的重度變大，但抗滑移能力變?nèi)酰虼藢⒖赡馨l(fā)生整體支護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)滑移，從工況6中就能很好地體現(xiàn)這一點(diǎn)，結(jié)合工況6的位移云圖可以看出冠梁下部的豎直樁整體發(fā)生幾乎同步位移。

圖9 6種工況最大水平位移對(duì)比

通過(guò)觀察6種工況可以看出前排傾斜樁的最大位移普遍大于后排豎直樁，是由于樁間土增多，作用在前排傾斜樁的水平力變大所導(dǎo)致。

比較工況1與工況4或者工況2與工況5，可以看出當(dāng)前排傾斜樁傾角增加4°時(shí)，整體的抗位移能力并不是很明顯，因?yàn)榻嵌仍黾拥煤苄。瑯堕g土的增量很小，整體剛體變化不大，其對(duì)位移影響很小。

4 結(jié) 論

1)排距不能過(guò)大，從6種工況種模擬結(jié)果最好的排距是2 d,是因?yàn)樨Q直樁的位移很小，整體支護(hù)結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生滑移，支護(hù)效果很好，但不能忽視傾斜樁的位移。

2)傾斜組合樁中要注意傾斜樁在樁間土的作用下的支撐能力，必要時(shí)要提高傾斜樁的抗彎能力以及抗壓能力。

3)傾斜角度并不是越大越好，從模擬中看出傾角12°要比16°要好。

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