基坑土釘墻支護(hù)數(shù)值模擬

張 萬 濤

(安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230011)

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基坑土釘墻支護(hù)數(shù)值模擬

張 萬 濤

(安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230011)

以某工程基坑設(shè)計為依托，通過FLAC-3D和國內(nèi)的理正土釘支護(hù)設(shè)計軟件對基坑土釘墻支護(hù)進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了基坑開挖和土釘支護(hù)下的位移情況和應(yīng)力情況。

基坑,土釘墻支護(hù),數(shù)值模擬，位移

基坑工程一直是巖土工程的一個重要課題，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，在軟土地區(qū)和砂卵石地區(qū)的深基坑工程中，土釘支護(hù)技術(shù)被越來越廣泛地運用。同時國內(nèi)外眾多專家學(xué)者也對土釘墻支護(hù)的機(jī)理進(jìn)行了研究，但是由于其綜合性和復(fù)雜性，當(dāng)前對土釘體、面層和被加固土體等的相互作用機(jī)理缺乏系統(tǒng)科學(xué)的認(rèn)識，對土釘支護(hù)對基坑邊坡土體位移和應(yīng)力的影響缺乏深入的研究[1,2]。數(shù)值模擬方法的發(fā)展為深基坑中土釘墻支護(hù)提供了新的研究方法，從而解決了在深基坑開挖現(xiàn)場難以對土釘支護(hù)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究分析的難題，對基坑的支護(hù)設(shè)計具有較大的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

某基坑工程地面絕對標(biāo)高為33.63m～37.53m，原始地貌單元屬湘江沖積階地，擬建建筑物為兩棟塔樓和一座商業(yè)裙樓?；A(chǔ)采用天然地基形式，埋深16m。地層及計算參數(shù)見表1。

表1 地層及計算參數(shù)

2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

2.1 基坑上部無支護(hù)開挖模擬

眾多工程實踐表明,基坑開挖在兩個方向上影響范圍大致相同。影響長度約為開挖深度的3倍～4倍，影響深度約為開挖深度的2倍～4倍。由于FLAC-3D中不存在力邊界條件，在初始應(yīng)力場生成之前就要使模型達(dá)到力平衡狀態(tài)。土體采用brick模型，錨桿和土釘都采用Cable模型，土體性質(zhì)采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型?；娱_挖采用Null單元模擬。

計算模型高33.5m，寬1m，長50m，具體網(wǎng)格劃分等情況如圖1所示。無支護(hù)開挖產(chǎn)生的位移結(jié)果如圖2所示，由圖2可見基坑無支護(hù)開挖將產(chǎn)生沿著某一滑動面的滑動位移；最大位移出現(xiàn)在基坑中下部大約3.2m～3.8m的位置，可達(dá)50cm；基坑頂部的位移相對稍小，為42cm左右。

2.2 基坑土釘支護(hù)模擬

土釘支護(hù)模擬結(jié)果如圖3所示。由圖3可知：1)支護(hù)體后面的微小的豎直向上位移。這是由于第二排支護(hù)體為錨桿施加了預(yù)應(yīng)力而且本次基坑模擬為先支護(hù)，后開挖，這樣造成了土體的壓縮，以及反向位移。監(jiān)測計算過程中基坑頂部的位移曲線也顯示，確實有一段時間，基坑頂部水平位移出現(xiàn)過正值，但是隨著土釘力的施加，水平位移逐漸減小，然后由于支護(hù)過強(qiáng)，造成負(fù)向位移產(chǎn)生。當(dāng)再次計算，增加計算步數(shù)的時候，位移會變成正值，并趨于穩(wěn)定。2)支護(hù)體位移頂部較小，而中下部較大。實際工程中通過測定土釘墻的總體水平位移，可發(fā)現(xiàn)最大值一般出現(xiàn)在墻的上部，并向坡腳處遞減；離開墻面距離越大土釘墻內(nèi)的水平位移越小。本文的模擬結(jié)果與上述結(jié)論出現(xiàn)了不同，這是由于支護(hù)強(qiáng)度較大引起的。3)開挖基坑底部向上位移。如圖3所示，基坑開挖后，基坑底部有很明顯的回彈、隆起。

以上三方面的位移，體現(xiàn)了土釘支護(hù)的效果。

2.3 土釘受力模擬分析

土釘受力分布情況如圖4所示，由圖4可見土釘?shù)氖芰ρ蒯旈L方向分布不均勻，總體呈中間大、兩端小的規(guī)律，這也反映了土釘對土體的約束作用；土釘?shù)膬?nèi)力最大值為44kN與理正深基坑土釘計算軟件計算得到的48.4kN相吻合，體現(xiàn)了數(shù)值模擬的有效性；土釘灌漿部分應(yīng)力分布如圖5所示，由圖5可見與土釘應(yīng)力呈現(xiàn)互補(bǔ)趨勢，兩頭大中間小的趨勢，這大概與土釘受力的前提條件是土體的滑動，然后靠土體與灌漿體之間的摩擦力來約束土體位移有關(guān)；土釘灌漿部分滑動如圖6所示，圖6中顯示，最開始滑動的是支護(hù)體后面的土釘灌漿體，然后接著滑動的是土釘尾部的灌漿體。這個與實際滑動的實際情況吻合較好。

3 結(jié)語

本文通過FLAC-3D數(shù)值模擬軟件實現(xiàn)了對某基坑工程開挖、支護(hù)全過程的模擬，并結(jié)合工程實際情況分析數(shù)值模擬的計算結(jié)果，研究討論了土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)機(jī)理、基坑土體的變形規(guī)律。通過以上分析可得到以下結(jié)論：1)在無支護(hù)的情況下，邊坡將產(chǎn)生沿著某一滑動面的滑動位移；最大位移出現(xiàn)在基坑中下部大約3.2m～3.8m的位置，可達(dá)50cm；基坑頂部的位移相對稍小，為42cm左右。2)土釘墻支護(hù)形式下，最大位移發(fā)生在邊坡的中下部,坡頂?shù)淖畲笪灰剖?mm。計算結(jié)果滿足坡頂位移量為基坑深度3‰～5‰的要求。這也從另一個角度驗證了本設(shè)計的合理性。3)土釘沿釘長方向上受力分布總體呈中間大、兩端小的規(guī)律；灌漿部分應(yīng)力呈兩頭大、中間小的規(guī)律，與土釘應(yīng)力互補(bǔ)，這也說明了錨固效應(yīng)的作用段位于土釘?shù)闹泻蟛俊?/p>

[1]談德明.基于FLAC的深基坑土釘墻支護(hù)數(shù)值模擬分析.中國水運(下半月),2009,9(7):251-252.

[2]牛中元.基于ANSYS的深基坑土釘墻支護(hù)數(shù)值模擬.山西建筑,2011,37(33):92-93.

[3]楊立超.土釘支護(hù)及其FLAC數(shù)值模擬.建筑技術(shù)開發(fā),2003,30(9):46-48.

[4]周川杰.FLAC2D進(jìn)行復(fù)合土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析.巖土工程界,2002,5(6):39-41.

[5]喬俊宇,徐國元.深基坑土釘支護(hù)數(shù)值模擬.江西有色金屬，2005，21(4)：17-19.

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ZhangWantao

(Anhui Traffic Survey & Design Institute Co., Ltd, Hefei 230011, China)

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1009-6825(2015)21-0040-02

2015-05-15

張萬濤(1968- )，男，教授級高級工程師，注冊巖土工程師

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