張義

（溫州市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 溫州 325000）

1 引言

群樁支護(hù)被廣泛應(yīng)用于基坑工程中，近年來(lái)，許多專家學(xué)者針對(duì)群樁支護(hù)對(duì)基坑變形開(kāi)展研究。

李楠等人開(kāi)展振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究群樁支護(hù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。段旭等人開(kāi)展模型試驗(yàn)，研究支護(hù)樁的力學(xué)性能。鮑亮亮以某基坑工程為研究對(duì)象，基于有限元軟件，分析其變形與受力情況。趙歆等人對(duì)某基坑工程機(jī)械數(shù)值模擬，研究開(kāi)挖對(duì)其位移及受力情況的影響。李鑫等人研究樁間距及其物理性質(zhì)對(duì)支護(hù)樁受力情況的影響。

采用有限差分法和考慮實(shí)體-結(jié)構(gòu)相互作用的方法對(duì)基坑支護(hù)樁進(jìn)行數(shù)值模擬，研究樁長(zhǎng)、樁排距和樁徑對(duì)樁身位移的影響，開(kāi)挖步數(shù)對(duì)支護(hù)樁變形和受力情況的影響。

2 數(shù)值模擬

基于有限差分法對(duì)支護(hù)樁進(jìn)行數(shù)值模擬，研究各計(jì)算參數(shù)對(duì)基坑變形的影響。土體相關(guān)性質(zhì)如表1。

表1 土體相關(guān)性質(zhì)表

分別采用兩種有限差分法和考慮實(shí)體-結(jié)構(gòu)相互作用的方法對(duì)基坑支護(hù)樁進(jìn)行數(shù)值模擬，分比研究可控參數(shù)與不可控參數(shù)對(duì)基坑變形的影響。

3 計(jì)算結(jié)果分析

首先采用有限差分法和考慮實(shí)體-結(jié)構(gòu)相互作用的方法對(duì)基坑支護(hù)樁進(jìn)行數(shù)值模擬，研究樁長(zhǎng)、樁排距和樁徑對(duì)樁身位移的影響，其計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 樁身位移表

由表可知，當(dāng)樁長(zhǎng)為18時(shí)，其前排樁最大水平位移減小率為7.56%，后排樁最大水平位移減小率為10.12%。通過(guò)上述分析可得，隨著樁長(zhǎng)的增大，增大樁長(zhǎng)對(duì)支護(hù)樁變形的改善效果并不明顯，當(dāng)樁長(zhǎng)較小時(shí)，增大樁長(zhǎng)對(duì)支護(hù)樁變形的改善效果顯著，因此，可選取樁長(zhǎng)為18 m為最優(yōu)樁長(zhǎng)，以改善支護(hù)樁的變形情況。增大樁排距會(huì)增大支護(hù)樁的變形，不利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在工程實(shí)際中，可通過(guò)減小樁排距控制結(jié)構(gòu)的變形情況。隨樁徑的增大，支護(hù)樁的前排樁、后排樁的最大水平位移無(wú)明顯的變化趨勢(shì)，說(shuō)明樁徑的改變對(duì)支護(hù)樁的變形無(wú)明顯的影響。

綜上所述，為減小支護(hù)樁的變形，增強(qiáng)其穩(wěn)定性，可以通過(guò)增大樁長(zhǎng)，減小樁排距改善上述問(wèn)題。

由上述分析可得，支護(hù)樁的變形情況與開(kāi)挖步間存在一定的關(guān)系。采用有限差分法和考慮實(shí)體-結(jié)構(gòu)相互作用的方法對(duì)基坑支護(hù)樁進(jìn)行數(shù)值模擬，其水平位移-深度曲線如圖1、圖2所示。由圖可知，采用兩種方法進(jìn)行計(jì)算的曲線變化趨勢(shì)具有一致性，隨著深度的增大，支護(hù)樁的水平位移逐漸減小。這是由于，隨著深度的增大，支護(hù)樁所受摩阻力增大，從而抵消支護(hù)樁所受的部分荷載，使其受力減小，水平位移減小。當(dāng)深度較小時(shí)，前排樁的水平位移均大于后排樁的水平位移，隨著深度的增大，后排樁的水平位移逐漸大于前排樁的水平位移。采用有限差分法計(jì)算的支護(hù)樁水平位移大于采用考慮實(shí)體-結(jié)構(gòu)相互作用法計(jì)算的支護(hù)樁水平位移。第四步開(kāi)挖的水平位移均大于第二步開(kāi)挖的水平位移。這主要與支護(hù)樁的構(gòu)造有關(guān)，當(dāng)?shù)谒牟介_(kāi)挖時(shí)，支護(hù)樁受到相鄰?fù)馏w傳遞的地應(yīng)力增大，導(dǎo)致支護(hù)樁所受的荷載增大，使其水平位移增大。

圖1 有限差分法水平位移-深度曲線圖

圖2 考慮實(shí)體-結(jié)構(gòu)相互作用水平位移-深度曲線圖

分析開(kāi)挖步數(shù)對(duì)支護(hù)樁所受彎矩的影響，以受拉為負(fù)，受壓為正，分別對(duì)比前排樁和后排樁的彎矩—深度曲線可知，隨深度的增大彎矩-深度曲線呈反向的“S”型。當(dāng)?shù)谝徊介_(kāi)挖時(shí)，曲線的變化趨勢(shì)較為平緩，支護(hù)樁所受的彎矩較小。大部分第四步開(kāi)挖時(shí)，曲線的變化趨勢(shì)顯著，支護(hù)樁所受的彎矩最大。當(dāng)深度為-15 m時(shí)，前排樁所受的彎矩最大，其值為211 kN·m，當(dāng)深度為-22 m時(shí)，前排樁所受的彎矩最小，其值為-512 kN·m。當(dāng)深度為-15 m時(shí)，后排樁所受的彎矩最大，其值為253 kN·m，當(dāng)深度為-24 m時(shí)，前排樁所受的彎矩最小，其值為-354 kN·m。說(shuō)明前排樁和后排樁所受的彎矩整體趨勢(shì)體現(xiàn)為內(nèi)側(cè)受壓，外側(cè)受拉。前排樁所受的負(fù)彎矩絕對(duì)值大于后排樁的負(fù)彎矩絕對(duì)值，后排樁所受的正彎矩大于前排樁的正彎矩。

分析開(kāi)挖步數(shù)對(duì)支護(hù)樁所受剪力的影響，分別對(duì)比前排樁和后排樁的彎矩—深度曲線，可知，支護(hù)樁的剪力—深度曲線具有一定的差異性，主要體現(xiàn)在第一步開(kāi)挖的剪力—深度曲線。支護(hù)樁所受的剪力隨開(kāi)挖步數(shù)的增大而增大，前排樁和后排樁均在深度為-17 m時(shí)存在最大剪力，其值分別為762 kN、303 kN。前排樁和后排樁所受的剪力差距較大，在工程實(shí)際中，應(yīng)增大前排樁的抗剪強(qiáng)度，提高其抗剪性能，以維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

采用有限差分法和考慮實(shí)體-結(jié)構(gòu)相互作用的方法對(duì)基坑支護(hù)樁進(jìn)行數(shù)值模擬，研究樁長(zhǎng)、樁排距和樁徑對(duì)樁身位移的影響，開(kāi)挖步數(shù)對(duì)支護(hù)樁變形和受力情況的影響，得出以下結(jié)論：①為減小支護(hù)樁的變形，增強(qiáng)其穩(wěn)定性，可以通過(guò)增大樁長(zhǎng)，減小樁排距的方法改善上述問(wèn)題。②采用有限差分法計(jì)算的支護(hù)樁水平位移大于采用考慮實(shí)體-結(jié)構(gòu)相互作用法計(jì)算的支護(hù)樁水平位移。③隨深度的增大，彎矩-深度曲線呈反向的“S”型。當(dāng)?shù)谝徊介_(kāi)挖時(shí)，曲線的變化趨勢(shì)較為平緩，支護(hù)樁所受的彎矩較小。大部分第四步開(kāi)挖時(shí)，曲線的變化趨勢(shì)顯著，支護(hù)樁所受的彎矩最大。④前排樁和后排樁的剪力-深度曲線具有一定的差異性，主要體現(xiàn)在第一步開(kāi)挖的剪力-深度曲線。支護(hù)樁所受的剪力隨開(kāi)挖步數(shù)的增大而增大，前排樁和后排樁均在深度為-17 m時(shí)存在最大剪力，前排樁和后排樁所受的剪力差距較大，在工程實(shí)際中，應(yīng)增大前排樁的抗剪強(qiáng)度，提高其抗剪性能，以維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。