土釘墻支護(hù)體系的受力分布特征分析

張丹 周宸 翟航

(中兵勘察設(shè)計(jì)研究院，北京 100053)

0 引言

土釘墻是最常用的基坑支護(hù)方式之一［1，2］，其工作原理是一種原位土體加筋技術(shù)。將基坑邊坡通過(guò)由鋼筋制成的土釘進(jìn)行加固，邊坡表面鋪設(shè)一道鋼筋網(wǎng)再噴射一層混凝土面層和土方邊坡相結(jié)合的邊坡加固型支護(hù)施工方法。其構(gòu)造為設(shè)置在坡體中的加筋桿件(即土釘或錨桿)與其周?chē)馏w牢固粘結(jié)形成的復(fù)合體，以及面層所構(gòu)成的類(lèi)似重力擋土墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)［2］。

由于土釘墻支護(hù)體系是一個(gè)長(zhǎng)度、寬度和深度組成的三維空間結(jié)構(gòu)，因此其分析計(jì)算是一個(gè)復(fù)雜的三維空間問(wèn)題［3，4］。

本文以北京某土釘墻基坑為例，通過(guò)采用FLAC3D進(jìn)行三維模擬計(jì)算分析，分析土釘受力的空間效應(yīng)及分布特征。

1 工程情況概述

該項(xiàng)目位于北京市亦莊開(kāi)發(fā)區(qū)，基坑支護(hù)深度約10 m，土釘墻支護(hù)，邊坡采用1∶0.3放坡，共布設(shè)6排土釘，自上而下長(zhǎng)度分別為6.0 m，8.0 m，9.0 m，7.0 m，6.0 m，4.0 m，土釘間距 1.6 m(垂直)×1.5 m(水平)。

場(chǎng)地內(nèi)土層分為人工填土層、一般第四系沉積層兩個(gè)大層，地層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 地層參數(shù)取值表

人工填土層:雜填土①層，粘質(zhì)粉土素填土①1層。

第四系沉積層:細(xì)砂②層，粉砂②1層;粘質(zhì)粉土③層;細(xì)～中砂④層;粉質(zhì)粘土⑤層。

基坑施工及運(yùn)行期間采用管徑降水對(duì)地下水進(jìn)行抽降，因此，不考慮地下水影響。

2 基坑模型

為更好的模擬土釘受力的空間效應(yīng)，分別選取了以陽(yáng)角、陰角為特征的模型分段進(jìn)行數(shù)值模擬分析(模型見(jiàn)圖1，圖2)。

1)模型參數(shù):陽(yáng)角特征段:194 384單元，35 673個(gè)節(jié)點(diǎn)，長(zhǎng)50 m，寬50 m，高20 m，固定邊界條件;陰角特征段:213 560單元，38 996個(gè)節(jié)點(diǎn)，長(zhǎng)50 m，寬50 m，高20 m，固定邊界條件。2)單元選取:土釘、面板分別用FLAC3D中的Cable，Shell結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行模擬，面板Shell與錨桿Cable采用剛性連接，結(jié)構(gòu)單元與土層之間接觸通過(guò)無(wú)厚度的Interface單元進(jìn)行模擬。3)計(jì)算模型:模型在進(jìn)行開(kāi)挖前初始地應(yīng)力計(jì)算過(guò)程中采用彈性模型，開(kāi)挖開(kāi)始后采用摩爾—庫(kù)侖屈服準(zhǔn)則和受拉破壞屈服準(zhǔn)則。

圖1 基坑陽(yáng)角特征段模型圖

圖2 基坑陰角特征段模型圖

3 數(shù)值分析

在陽(yáng)角、陰角段分別選取兩個(gè)特征剖面，兩剖面分別具有距離陽(yáng)、陰角較近和距離陽(yáng)、陰角較遠(yuǎn)的特征(見(jiàn)圖3，圖4)。

圖3 陽(yáng)角段特征剖面位置圖

圖4 陰角段特征剖面位置圖

將各剖面沿高度方向各排土釘及土釘沿長(zhǎng)度方向各段的受力分別進(jìn)行分析(見(jiàn)圖5，圖6)(圖中1段～4段為該步土釘自面板向外各均分段，1步～6步為該剖面自上而下各步土釘)。

圖5 陽(yáng)角段剖面土釘各段受力分布圖

圖6 陰角段剖面土釘各段受力分布圖

根據(jù)圖5，圖6分析結(jié)果可見(jiàn)，土釘受力受空間分布特征影響明顯，分布高度、土釘長(zhǎng)度、平面分布等均對(duì)土釘?shù)氖芰Υ笮≡斐捎绊憽?/p>

4 結(jié)論及建議

通過(guò)北京某基坑工程實(shí)施及數(shù)值模擬結(jié)果，得出以下結(jié)論及建議:1)土釘受力在其分布特征上具有明顯的空間效應(yīng)，土釘分布的高度、長(zhǎng)度、平面位置等均對(duì)土釘?shù)氖芰Υ笮≡斐捎绊?2)土釘沿長(zhǎng)度方向上受力呈明顯的梭形分布，即端部較小，中部較大;3)沿基坑高度方向分布的各排土釘受力在邊坡高度1/3～2/3位置最大，兩端較小;4)靠近陽(yáng)角剖面，各排土釘受力較其他剖面略大，邊坡高度1/3～2/3位置的土釘受陽(yáng)角影響較為明顯;5)陰角、遠(yuǎn)離陽(yáng)角等剖面土釘受力差別較小，受基坑尺寸等條件的影響，空間效應(yīng)特征不明顯。

［1］王步云.土釘墻設(shè)計(jì)［J］.巖土工程技術(shù)，1997(4)：30-41.

［2］JGJ 120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］吳志敏.土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2006.

［4］楊育文.土釘墻空間效應(yīng)和平滑破壞模式的三維分析［J］.巖土力學(xué)，2004，25(S2)：227-230.