SMW工法樁基坑支護(hù)與數(shù)值模擬研究

趙耀

摘 要：SMW工法樁是一種新型的基坑支護(hù)形式，它有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。該文通過FLAC3D有限元分析軟件對(duì)某SMW工法樁基坑支護(hù)形式進(jìn)行數(shù)值模擬，得出基坑開挖過程中的樁身水平位移圖、基坑地表沉降分布圖等，并分析得出：基坑開挖過程中坑壁的水平位移的最大值在距離基坑頂部約為8 m處，基坑周圍的豎向位移的最大值在距離坑壁約為9 m處。

關(guān)鍵詞：SMW工法 深基坑支護(hù) 基坑開挖 FLAC3D有限元分析

中圖分類號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）03（b）-0043-02

近年來，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，深基坑工程受到普遍的重視。為了降低開挖基坑時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的影響，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)展出了多種形式的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中基于深層攪拌樁施工方法發(fā)展起來的SMW工法，作為一種新型的基坑圍護(hù)技術(shù)，以其經(jīng)濟(jì)、工期短、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)倍受人們的關(guān)注。該文從某工程實(shí)例出發(fā)，建立有限元數(shù)值模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，為SMW工法在軟土地區(qū)的研究及應(yīng)用積累相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 工程概況

1.1 建筑工程概況

某建筑場區(qū)擬修建1幢18層病房樓，1幢3層門診樓，兩棟樓下均帶有二層地下室，病房樓和門診樓均為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，室內(nèi)地坪標(biāo)高為72.00 m，地下車庫結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)，室內(nèi)地坪標(biāo)高為48.2 m，基礎(chǔ)型式均為獨(dú)立基礎(chǔ)，基底標(biāo)高為47.8 m。

1.2 工程地質(zhì)概況

通過勘察資料可以得出：場地地勢為西南方向高，東北方向低，最大相差約7 m?；拥孛鏄?biāo)高為47.8 m，開挖深度為8.5 ～16 m之間，地下水埋深位于3.4 ～6.8 m，地下水位年變幅1～2 m，基坑位于地下水位以下?；又苓厽o重點(diǎn)保護(hù)的建筑物，地下管線據(jù)基坑邊5.5 m?；诱w周長約300 m，長約122 m，寬約33 m。基坑安全等級(jí)為二級(jí)，場地土層的地層資料見表1。

1.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)

該工程采用SMW工法樁支護(hù)形式，水泥土樁采用三軸水泥土攪拌樁，水泥土攪拌樁的直徑采用1 000 mm，中心間距為750 mm，內(nèi)插H型鋼，布置形式采用插一跳一型，攪拌樁的入土深度比型鋼的插入深度深1m，水泥土樁22 m；內(nèi)插型鋼截面采用H800×300的截面形式。錨桿水平傾角20°，水平間距為1.5 m，豎向間距為2 m，第一排錨桿為地表以下2.5 m，錨桿的參數(shù)見表2。

2 FLac3d數(shù)值模擬

2.1 計(jì)算模型的建立

此次模型建立采用簡化的模型，整個(gè)模型長45 m，寬取型鋼間距1.5 m，高取30.5 m。土體材料采用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則，并且假設(shè)為大變形。為方便建立支護(hù)結(jié)構(gòu)模型，型鋼水泥土墻和雙排樁均參照等抗彎剛度計(jì)算公式換算成地下連續(xù)墻。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)將型鋼水泥土墻轉(zhuǎn)換成寬度為0.53 m地下連續(xù)墻，采用實(shí)體單元，彈性屈服準(zhǔn)則，彈性模量為30 GPa，泊松比為0.21。錨桿采用錨索結(jié)構(gòu)單元（Cable單元）模擬錨桿。

2.2 基坑開挖與錨桿建立

在數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)，應(yīng)模擬整個(gè)基坑模型范圍內(nèi)土體在自重作用下的固結(jié)過程，以獲得基坑的初始應(yīng)力場，基坑坑內(nèi)、外水位人工降至基坑底板下一定深度處，且待土體固結(jié)沉降趨于穩(wěn)定后進(jìn)行基坑開挖和支護(hù)，故進(jìn)行數(shù)值模擬分析時(shí)可不考慮地下水作用。

土體固結(jié)后，設(shè)置SMW工法樁，樁長22 m，厚0.53 m，為保證開挖時(shí)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及現(xiàn)場施工的需要，對(duì)該基坑設(shè)置了4排錨桿并分5步進(jìn)行開挖，第一排錨桿位于地表下2.5 m，其余間距2 m，基坑支護(hù)情況見圖1，對(duì)每次開挖后的位移進(jìn)行分析。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 樁身位移分析

最后一步開挖完成后，基坑的水平位移見圖2，從圖2可以看出，基坑壁的水平位移在深度方向上是曲線分布，最大值在距離基坑頂部約為8 m處，水平位移的最大值約為21 mm，緊接著水平位移沿基坑深度方向減小，基坑的開挖深度約為12 m，坑底水平位移約為14 mm，在距離基坑頂部約為17 m時(shí)，水平位移接近于0。

3.2 基坑地表沉降分布

最后一步開挖完成后，基坑周邊的豎向位移見圖3，從圖3可以看出，基坑周邊地表沉降在水平方向上呈曲線分布，當(dāng)與坑壁距離較小時(shí)，豎向位移隨著距坑壁距離的增大而增大，最大值距離坑壁約為9 m處，豎向位移的最大值約為14 mm，緊接著豎向位移隨著距坑壁的距離增大而減小，在距離坑壁約22 m時(shí)，豎向位移接近于0。

4 結(jié)論

通過FLAC3D有限元分析軟件對(duì)某深基坑工程進(jìn)行數(shù)值模擬，得出以下結(jié)論。

（1）SMW工法樁支護(hù)的基坑水平位移和豎向位移都呈曲線分布，在開挖深度較淺時(shí)，水平位移的最大值位于基坑的底部，隨著開挖深度的增加，水平位移的最大值逐漸上移。而豎向位移的最大值則隨著開挖深度的增加，逐漸從基坑周邊向外移。

（2）基坑的水平位移最大值為21 mm，豎向位移最大值為14 mm，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012可知，基坑開挖中允許最大位移量為60 mm，水平位移和豎向位移均小于最大允許位移變形量，因此可以保證基坑開挖過程的安全。

（3）在工程施工的過程中，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)與模擬得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，以指導(dǎo)施工。

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