無(wú)根護(hù)壁樁支護(hù)三維有限元分析研究

賈金青，曹　靜，高軍程

(大連理工大學(xué) 海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室， 遼寧 大連 116024)

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無(wú)根護(hù)壁樁支護(hù)三維有限元分析研究

賈金青，曹靜，高軍程

(大連理工大學(xué) 海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室， 遼寧 大連 116024)

傳統(tǒng)的巖質(zhì)基坑支護(hù)存在造價(jià)高、工期長(zhǎng)、安全性低等缺點(diǎn)。無(wú)根護(hù)壁樁支護(hù)方法改善了上述缺點(diǎn)，并且已經(jīng)成功應(yīng)用于工程實(shí)踐當(dāng)中。通過(guò)詳細(xì)介紹無(wú)根樁的結(jié)構(gòu)和利用ABAQUS軟件建立考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體共同作用的無(wú)根護(hù)壁樁三維有限元模型，對(duì)基坑整體穩(wěn)定性、各構(gòu)件受力特征及變形特征進(jìn)行了分析。分析得出，基坑滿(mǎn)足整體穩(wěn)定性要求，各支護(hù)構(gòu)件均滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，基坑變形也滿(mǎn)足要求，所以推廣無(wú)根樁支護(hù)在巖質(zhì)深基坑中的應(yīng)用將具有積極意義。

基坑工程；無(wú)根護(hù)壁樁支護(hù)；ABAQUS數(shù)值模擬；基坑變形

目前基坑的支護(hù)形式很多，根據(jù)受力性能的不同可以分為預(yù)應(yīng)力錨桿、懸臂式、重力式支護(hù)等[1-2]。傳統(tǒng)的基坑護(hù)壁樁是利用傳統(tǒng)方法大孔徑造孔，一般大孔深度為從地面開(kāi)始至基底下數(shù)倍樁徑處，所以安置孔中的鋼筋籠的直徑是上下相同的，最終灌裝混凝土形成護(hù)壁樁。當(dāng)遇到下部為巖石的巖質(zhì)基坑時(shí)，對(duì)造孔工作造成了極大的困難。通常采用爆破的方法，但是不但增加了施工費(fèi)用，而且容易將孔壁震塌，嚴(yán)重情況下甚至危及基坑臨近建筑物的安全[3]。針對(duì)傳統(tǒng)的基坑護(hù)壁樁的工期長(zhǎng)、施工復(fù)雜、造價(jià)高等缺點(diǎn)，無(wú)根護(hù)壁樁支護(hù)方法得到應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土灌注樁相對(duì)比，無(wú)根護(hù)壁樁有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 造價(jià)低：無(wú)根護(hù)壁樁利用了巖石自身的抗壓強(qiáng)度，使巖石代替混凝土，從而節(jié)省了工程造價(jià)。(2) 工期短：傳統(tǒng)的護(hù)壁樁在堅(jiān)硬的巖石處造孔尺寸緩慢，但無(wú)根護(hù)壁樁當(dāng)基巖層的抗壓強(qiáng)度較大時(shí)停止造孔，沿鋼筋籠的兩側(cè)向下鉆小孔至基底以下，向小孔內(nèi)放入鋼筋并注漿，形成砂漿錨桿，這樣極大地縮短了工期。(3) 安全性好：無(wú)根樁的施工過(guò)程中不需要巖石爆破，因此可以避免對(duì)周?chē)ㄖ锏奈：腿藛T傷亡等事故[4]。目前無(wú)根護(hù)壁樁已經(jīng)成功應(yīng)用于工程實(shí)踐，但對(duì)其工作機(jī)理和設(shè)計(jì)方法的研究仍不夠深入，并沒(méi)有完善的系統(tǒng)理論研究?；谝陨显虮疚耐ㄟ^(guò)數(shù)值模擬的方法對(duì)無(wú)根護(hù)壁樁技術(shù)進(jìn)行了分析研究。

1　概　述

無(wú)根護(hù)壁樁[5]是一種應(yīng)用于支護(hù)巖質(zhì)基坑側(cè)壁的新型支護(hù)方法。該支護(hù)方法的組成部分包括：由鋼筋籠和混凝土組成的上部分、數(shù)根豎向砂漿錨桿、數(shù)根斜向砂漿錨桿，當(dāng)開(kāi)挖深度較大時(shí)上部還包括預(yù)應(yīng)力錨桿。

無(wú)根護(hù)壁樁在基坑開(kāi)挖過(guò)程當(dāng)中，受拉區(qū)鋼筋用于承受拉應(yīng)力，上部樁體中的混凝土作為受壓構(gòu)件承受壓應(yīng)力，在護(hù)壁樁的下部分，用巖石代替混凝土，利用了基巖層巖石的抗壓強(qiáng)度代替樁身混凝土承受由彎矩引起的壓應(yīng)力，豎向砂漿錨桿下部錨入基底以下的巖層中，上部錨入樁身混凝土中，從而代替了灌注樁中受拉主筋承受由彎矩引起的拉應(yīng)力。斜向砂漿錨桿的設(shè)置用以抵抗樁身混凝土和基巖界面處承受由土壓力引起的水平剪應(yīng)力，增加樁的側(cè)向穩(wěn)定。通過(guò)以上設(shè)置，使無(wú)根護(hù)壁樁在基巖中具有灌注樁的抗彎、抗剪功能。 作為受彎構(gòu)件承受土壓力產(chǎn)生的彎矩和剪力，

無(wú)根護(hù)壁樁的構(gòu)造如圖1所示，其中1是地面，2是開(kāi)挖的大孔，3是基巖層，4是基坑底部，5是豎向砂漿錨桿，6是斜向砂漿錨桿，7是鋼筋籠，8是混凝土，9是迎土面，10是開(kāi)挖面，11是預(yù)應(yīng)力錨桿。

圖1無(wú)根樁示意圖

2　工程概況

大連某住宅項(xiàng)目建筑物為多層與高層，其建造過(guò)程當(dāng)中的基坑支護(hù)工程臨近某廣場(chǎng)北測(cè)，根據(jù)工程的用途及具體場(chǎng)區(qū)條件，整體開(kāi)挖，其中地下兩層，擬開(kāi)挖基坑呈不規(guī)則多邊形，基坑開(kāi)挖深度一般為12.4 m?；游鱾?cè)緊鄰文林街，基坑西南側(cè)與船舶麗灣相鄰。基坑整體平面布置圖部分如圖2所示。

圖2基坑開(kāi)挖平面圖

根據(jù)大連黃海巖土工程勘察有限公司提供的地質(zhì)勘探報(bào)告表明，場(chǎng)地地層主要由第四系松散堆積物和風(fēng)化巖組成，據(jù)鉆探控制深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)自上而下依次為：① 雜填土，雜色，濕-飽和，主要由磚、碎石、黏性土、混凝土等組成，局部有舊建筑物基礎(chǔ)，主要呈松散狀態(tài)。層厚0.90 m～3.60 m，平均0.8 m。② 粉質(zhì)黏土，呈黃褐色至灰褐色，可塑或硬塑狀態(tài)，局部軟塑，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核，局部夾有薄層細(xì)砂和少量碎石。該層場(chǎng)區(qū)普遍分布，層厚2.40 m～8.30 m，平均4.27 m。③ 含碎石粉質(zhì)黏土，呈黃褐色，稍密-中密，沖擊進(jìn)尺緩慢，碎石粒徑5 mm～80 mm，多數(shù)呈磨圓狀，少數(shù)呈次棱角狀，主要成分為石英巖和板巖，該層主要分布于基坑區(qū)域內(nèi)，層厚0.50 m～1.80 m，平均0.98 m。④ 全風(fēng)化板巖，呈黃褐色，散體結(jié)構(gòu)，巖石風(fēng)化劇烈，巖芯呈碎屑土狀。場(chǎng)區(qū)廣泛分布，層厚0.40 m～3.20 m，平均3.2 m。⑤ 中風(fēng)化板巖，淺黃色、黃褐色，碎裂結(jié)構(gòu)，巖芯呈碎片狀及碎塊狀，手摸有滑膩感。場(chǎng)區(qū)普遍分布，層厚2.00 m～18.80 m，平均7.5 m。⑥ 微風(fēng)化板巖，黃褐色、棕黃色、黑褐色，薄層狀-碎裂塊狀結(jié)構(gòu)，板理、裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，較堅(jiān)硬。

3　方案選型

根據(jù)場(chǎng)區(qū)勘察報(bào)告，結(jié)合該基坑項(xiàng)目周?chē)木唧w情況，基坑支護(hù)最終方案為：(1) 基坑西南側(cè)和東南側(cè)均采用樁錨支護(hù)與其他支護(hù)方法相結(jié)合的支護(hù)方法。由于該兩側(cè)區(qū)域上巖層所處的位置較深，利用無(wú)根樁支護(hù)沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)。在該兩側(cè)區(qū)域中存在坍塌，坍塌處地質(zhì)條件較為復(fù)雜，并且緊鄰大連的幾條主要街道對(duì)支護(hù)要求較高。所以采用樁錨支護(hù)與其他支護(hù)方法相結(jié)合的支護(hù)方法。(2) 基坑西北側(cè)及東北側(cè)采用無(wú)根護(hù)壁樁支護(hù)方法。由于該兩側(cè)基坑內(nèi)巖層較淺，若仍采用樁錨支護(hù)施工困難進(jìn)程緩慢，綜合考慮過(guò)后決定采用無(wú)根護(hù)壁樁支護(hù)。基坑采用垂直開(kāi)挖，從地面向下進(jìn)行人工或者機(jī)械大孔徑造孔，孔徑為Φ800，鋼筋籠采用非均勻配筋，受力主筋分布在基坑內(nèi)側(cè)和基坑外側(cè)分別為7根和5根，鋼筋采用Φ18；成孔至地下9 m左右時(shí)達(dá)到符合抗壓強(qiáng)度的巖層，沿鋼筋籠受力主筋的位置向巖石中鉆小孔徑孔，在大孔的迎土面和背土面均為5孔，孔徑大小為Φ50，間距為150 mm，孔深為5.5 m，向孔內(nèi)放入直徑為Φ28的鋼筋，其中嵌入基底層以下2.5 m，留出1 m的錨固長(zhǎng)度，并向孔中灌注M30水泥漿；在基巖層護(hù)壁樁的迎土面與水平面成大約45°角鉆斜孔3個(gè)，間距為100 mm，孔深為6 m，放置Φ18鋼筋，并預(yù)留出1 m的錨固長(zhǎng)度，并向孔中灌注M30水泥漿。施工完成后吊裝鋼筋籠并灌注混凝土形成無(wú)根護(hù)壁樁。開(kāi)挖過(guò)程中，為了減少基坑側(cè)壁位移，設(shè)置了兩排預(yù)應(yīng)力錨桿，與水平面的夾角均為15°，第一排錨桿設(shè)置在豎向距離為3 m處土體當(dāng)中，總長(zhǎng)度為20 m，第二排錨桿位于豎向距離為7 m處土體中，長(zhǎng)度為17 m，兩處預(yù)應(yīng)力錨桿所施加的預(yù)應(yīng)力均為250 kN。具體的支護(hù)剖面圖如圖3所示，具體的配筋結(jié)果如表1所示。

圖3　基坑支護(hù)典型剖面圖

4　數(shù)值模擬模型建立

4.1數(shù)值模型及參數(shù)

本文采用ABAQUS軟件對(duì)無(wú)根樁支護(hù)的基坑力學(xué)行為進(jìn)行數(shù)值模擬分析。其中巖土體本構(gòu)模型選用莫爾-庫(kù)侖模型；模型中土體、樁深混凝土等均采用三維實(shí)體單元，鋼筋籠、縱筋、預(yù)應(yīng)力錨桿均采用三維BEAM單元模擬；樁身與土體之間采用摩擦接觸，法向?yàn)橛步佑|不允許相互嵌入，切向的摩擦系數(shù)為0.3；預(yù)應(yīng)力錨桿錨固段與土體發(fā)生作用，采用降溫方法施加預(yù)應(yīng)力；基坑的開(kāi)挖過(guò)程通過(guò)修改關(guān)鍵字控制生死單元實(shí)現(xiàn)[6]。

為了盡量減小邊界效應(yīng)對(duì)模型計(jì)算的影響，參照有關(guān)三維基坑模擬的尺寸選擇，本文的計(jì)算模型尺寸取為50 m×25 m，具體的尺寸示意圖如圖4所示[7]。

圖4基坑數(shù)值模擬尺寸

模型左右兩側(cè)邊界固定水平位移，底部固定水平及豎向位移，在計(jì)算前采用修改關(guān)鍵字方法，分不同土體集合平衡地應(yīng)力計(jì)算。模型中選取的鋼筋籠及其它鋼材料的具體參數(shù)選擇如表1，巖土體參數(shù)[8]如表2所示。

表2　土體參數(shù)選取

4.2數(shù)值模擬過(guò)程

本文在數(shù)值模擬分析過(guò)程中，嚴(yán)格模擬真實(shí)的施工過(guò)程，建立支護(hù)結(jié)構(gòu)并分層開(kāi)挖，整個(gè)模擬過(guò)程共分為8個(gè)工況，具體的施工順序?yàn)椋篻eo,施加重力，地應(yīng)力平衡；zhuang,開(kāi)挖樁孔，放入豎向鋼筋、斜向鋼筋、鋼筋籠并灌注混凝土；r1,開(kāi)挖第1層土體；r2,開(kāi)挖第2層土體；yu1,第一排預(yù)應(yīng)力錨桿施工；r3,開(kāi)挖第3層土體；yu2,第4排預(yù)應(yīng)力錨桿施工；r4,開(kāi)挖最后一層土體。

5　數(shù)值模擬結(jié)果分析

本文將從模擬結(jié)果的穩(wěn)定性、強(qiáng)度、變形以及無(wú)根樁支護(hù)與樁錨支護(hù)的對(duì)比結(jié)果幾方面進(jìn)行介紹。

5.1穩(wěn)定性結(jié)果分析

本文整體穩(wěn)定性驗(yàn)算采用的方法為強(qiáng)度折減法，采用的失穩(wěn)判據(jù)為位移發(fā)生突變，以有限元計(jì)算不收斂為計(jì)算結(jié)束[9-10]。當(dāng)計(jì)算結(jié)束時(shí)，土體的最大水平位移已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范[11]中對(duì)土體水平位移的要求。在輸出的結(jié)果當(dāng)中提取土體的抗剪折減系數(shù)FV1和土體的水平位移U2，并繪制圖線如圖5所示。

圖5土體水平位移—抗剪折減系數(shù)曲線

據(jù)圖線可以看出在FV1=1.7處曲線的斜率發(fā)生突變，說(shuō)明此時(shí)的土體位移發(fā)生突變，根據(jù)邊坡土體的失穩(wěn)判據(jù)，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fs=1.7。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[11](JGJ120-2012)中的要求，可知對(duì)于臨時(shí)的二級(jí)邊坡Fst=1.20，則對(duì)于Fs=1.7的無(wú)根樁支護(hù)的基坑邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5.2樁體結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

樁體部分主要由以下幾部分組成：組成無(wú)根樁上部分的鋼筋籠和澆筑的混凝土部分、下部的豎向砂漿錨桿以及代替混凝土起作用的巖石部分。

5.2.1樁體應(yīng)力強(qiáng)度分析

下文從構(gòu)成樁體的三個(gè)部分分別分析其所受的應(yīng)力及是否滿(mǎn)足組件強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

混凝土部分，樁上部澆筑的混凝土為C30混凝土，由混凝土應(yīng)力云圖(圖6)可以看出，混凝土部分受到的最大應(yīng)力發(fā)生在混凝土底部及靠近樁巖界面處，這是由于此處的構(gòu)件的截面面積發(fā)生改變，隨之受力發(fā)生改變。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[12](GB50010-2010)，C30混凝土抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值為14.3 MPa，從應(yīng)力云圖中可以看出混凝土所受最大的應(yīng)力為8.5 MPa，所以上部樁體的混凝土部分滿(mǎn)足強(qiáng)度設(shè)計(jì)的要求。

圖6樁混凝土部分應(yīng)力分布云圖

鋼筋籠部分由縱向鋼筋和箍筋兩部分組成，縱筋采用的HRB400鋼筋，箍筋是HPB300鋼筋。圖7給出了不同工況下鋼筋籠的最大應(yīng)力值。

圖7不同分析步鋼筋籠最大應(yīng)力值

同混凝土受力相似，鋼筋籠最大的受力位置也位于靠近樁巖界面處，同樣也是由于該處界面的截面面積發(fā)生改變所引起的。根據(jù)不同工況的鋼筋應(yīng)力圖可以看到，對(duì)比于r2分析步，加上第一層預(yù)應(yīng)力錨桿后最大應(yīng)力的值由9.671×107Pa減少為7.095×107Pa，說(shuō)明預(yù)應(yīng)力錨桿在一定程度上分擔(dān)了鋼筋籠的受力。在分析步r3出現(xiàn)了最大的應(yīng)力值，在r4分析步即開(kāi)挖至樁巖界面以下的分析步，鋼筋籠底部的最大應(yīng)力值比上一分析步結(jié)束時(shí)減小，說(shuō)明豎向砂漿錨桿起了作用，分擔(dān)了鋼筋籠承受的土壓力。從應(yīng)力云圖可以看出鋼筋所受最大應(yīng)力均未超過(guò)HRB400鋼筋的最大抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值3.6×108Pa，整個(gè)鋼筋籠均未進(jìn)入塑性應(yīng)變階段，說(shuō)明鋼筋的強(qiáng)度值均能達(dá)到要求。

豎向砂漿錨桿部分，豎向砂漿錨桿上部分1 m長(zhǎng)的部分是嵌固在上部的樁體內(nèi)，當(dāng)土體未開(kāi)挖至樁巖界面時(shí)，由于樁巖界面的截面面積發(fā)生改變，最大應(yīng)力位置發(fā)生在該界面附近；當(dāng)土體開(kāi)挖至樁巖界面以下位置后，由于土壓力的改變和作用，最大應(yīng)力的位置下移并且相對(duì)于r1分析步最大應(yīng)力值有所增加。且豎向砂漿錨桿均未進(jìn)入塑性區(qū)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

5.2.2樁體彎矩

圖8展示了不同分析步中樁體的彎矩圖，其中負(fù)彎矩表示基坑內(nèi)側(cè)部分受拉。本文中的樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)上部有冠梁的作用，樁體有兩層預(yù)應(yīng)力錨桿作用并且基坑底部為巖石屬于土質(zhì)較硬，所以樁體的變形應(yīng)該屬于組合型變形。分析步r2開(kāi)挖土體的深度為6 m，由于樁體下部被土體約束，所以在5 m左右樁體出現(xiàn)反彎點(diǎn)，反彎點(diǎn)以下出現(xiàn)外側(cè)受拉。yu1分析步是增加第一道預(yù)應(yīng)力錨桿，位置在樁體的3 m處，由彎矩圖可以看出在3 m處由于預(yù)應(yīng)力錨桿的作用彎矩明顯減小，且整個(gè)樁體由于預(yù)應(yīng)力錨桿的作用彎矩明顯減小。分析步r3中開(kāi)挖的土體深度達(dá)到9 m，隨著開(kāi)挖深度增大，樁體所受的彎矩變大，且反彎點(diǎn)下移。值得注意的是，在樁深9 m處，由于斜向錨桿的作用，樁體所受彎矩明顯減小。yu2分析步是增加第二道預(yù)應(yīng)力錨桿，增加預(yù)應(yīng)力錨桿后樁體所受預(yù)應(yīng)力有所減小。分析步r4是開(kāi)挖由豎向砂漿錨桿支護(hù)的巖石部分，開(kāi)挖深度至12.5 m處，根據(jù)以上的分析，樁體彎矩圖的反彎點(diǎn)下移，由圖可知樁體彎矩在樁體9 m處，斜向砂漿錨桿發(fā)揮了明顯作用，樁體的彎矩發(fā)生突變。

圖8不同分析步樁體彎矩圖

5.3基坑變形分析

圖9為不同工況下基坑內(nèi)側(cè)土體水平位移與基坑深度的曲線圖，曲線圖10中取向基坑內(nèi)部的變形為正，向基坑外側(cè)的變形為負(fù)。由于冠梁的作用，增大了各樁的整體性和剛性，所以土體的最大位移并未發(fā)生在樁體頂部，變形曲線呈三角形與拋物線形的組合形式，同樣與第三種變形形式相符[13-14]。從曲線圖9中可以看到隨著開(kāi)挖基坑深度的增加，基坑側(cè)壁的位移向基坑內(nèi)部逐漸增加，最大的水平位移發(fā)生在最后一步開(kāi)挖完成的第一層土體下側(cè)，最大位移值為24.5 mm，規(guī)范中規(guī)定的最大基坑側(cè)移為37.5 mm，所以基坑的水平位移滿(mǎn)足規(guī)范的要求。在r1開(kāi)挖步只開(kāi)挖2 m，所以土體水平位移很小且下部土體基本沒(méi)有位移。隨著基坑開(kāi)挖過(guò)程的進(jìn)行，r2分析步基坑開(kāi)挖至6 m處，最大水平位移也相應(yīng)的增大和下移，對(duì)比r2和yu1分析步，由于預(yù)應(yīng)力的作用，土體水平位移明顯減小。同樣，對(duì)比r3和yu2分析步可以看出第二道預(yù)應(yīng)力錨桿[15]也起到了減小土體水平位移的作用。所以可以看出預(yù)應(yīng)力錨桿能夠有效減少土體的水平位移。對(duì)于分析步r4，在樁深9 m處，及樁巖界面位置未發(fā)生水平位移突增的現(xiàn)象，說(shuō)明該處界面處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖9不同工況下基坑側(cè)壁土體水平位移

圖10是基坑頂部土體的水平側(cè)移圖線，向坑內(nèi)的變形取為正值，下同不再進(jìn)行特殊說(shuō)明。從圖11中可以看出隨著距基坑邊緣距離的增加基坑頂部土體位移呈遞減變化，基坑頂部土體水平位移隨開(kāi)挖深度的增加逐漸增大，在r4分析步達(dá)到最大16 mm。對(duì)比yu1、r2、yu2、r3可以看出預(yù)應(yīng)力錨桿的作用能夠明顯減小水平位移。

圖11是基坑頂部土體的沉降曲線，取向下方向的位移為負(fù)，從圖11中可以明顯看出基坑頂部土體的變形符合上文提到的第三種變形圖線，頂部土體的沉降量與距基坑邊緣的距離并非是簡(jiǎn)單的直線關(guān)系，而是在距離基坑邊緣5 m左右達(dá)到了最大沉降量。同時(shí)基坑頂部土體的沉降值隨基坑開(kāi)挖而逐漸增大，在r4最后一個(gè)分析步達(dá)到最大沉降量2.5 mm，沉降量?jī)H是開(kāi)挖深度的0.02%。同樣，對(duì)比r2與yu1、r3與yu2分析步可以看出加設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿也能夠有效減少豎向土體沉降。

圖10　基坑頂部土體水平位移圖

圖11基坑頂部土體沉降圖

6　結(jié)　論

無(wú)根護(hù)壁樁已經(jīng)成功應(yīng)用于工程實(shí)例當(dāng)中，本文對(duì)無(wú)根護(hù)壁樁進(jìn)行了詳細(xì)的介紹并結(jié)合工程實(shí)例利用ABAQUS軟件對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了無(wú)根護(hù)壁樁的力學(xué)性能，并得出如下結(jié)論：

(1) 無(wú)根護(hù)壁樁相對(duì)于傳統(tǒng)的巖質(zhì)深基坑支護(hù)具有工期短、造價(jià)低、安全性高的特點(diǎn)，適合進(jìn)行大規(guī)模的推廣使用。

(2) 無(wú)根護(hù)壁樁支護(hù)條件下，基坑整體穩(wěn)定性能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求；且樁體混凝土、鋼筋籠及豎向砂漿錨桿在各個(gè)分析步中均能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

(3) 無(wú)根護(hù)壁樁支護(hù)條件下，各工況條件下基坑側(cè)壁水平位移，基坑頂部水平位移以及基坑頂部沉降位移均能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求。

[1]涂兵雄.預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法機(jī)理與力學(xué)行為研究[D].大連:大連理工大學(xué),2013:15-18.

[2]賈金青,涂兵雄.預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法在超深基坑中的實(shí)踐[J].巖土工程學(xué)報(bào),2012,34(S1):530-535.

[3]王鴻運(yùn),羅曉輝,李夢(mèng)云.深基坑爆破的安全監(jiān)控與數(shù)值模擬[J].工程爆破,2010,16(1):20-24.

[4]蔡寶卷,修良軍,沙友德,等.挖孔樁爆破開(kāi)挖及安全技術(shù)措施探討[J].工程爆破,2014,20(4):41-44.

[5]賈金青.一種用于支護(hù)基坑側(cè)壁的無(wú)根護(hù)壁樁及其施工方法:中華人民共和國(guó),02129085.7[P].2003-2-26.

[6]陳志明.深基坑工程開(kāi)挖與支護(hù)的三維有限元模擬[D].天津:天津大學(xué),2010:25-28.

[7]趙靜力.基坑開(kāi)挖的空間效應(yīng)及土壓力研究[D].保定:河北大學(xué),2011:35-36.

[8]劉星.基坑土體參數(shù)及超挖變形的數(shù)值模擬研究[D].重慶:重慶大學(xué),2014:45-46.

[9]周元輔,鄧建輝,崔玉龍,等.基于強(qiáng)度折減法的三維邊坡失穩(wěn)判據(jù)[J].巖土力學(xué),2014,35(5):1430-1437.

[10]陳力華,靳曉光.有限元強(qiáng)度折減法中邊坡三種失效判據(jù)的適用性研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2012,45(9):136-146.

[11]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程：JGJ120-2012[S].北京:建筑工業(yè)出版社,2012:105-109.

[12]中國(guó)人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50010-2010[S].北京:建筑工業(yè)出版社,2010:19-21.

[13]周晉.基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近建筑物影響的數(shù)值分析[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2014,12(5):162-166.

[14]王興.幾種常用基坑變形預(yù)測(cè)模型的比較與分析[J].山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,32(1):62-65.

[15]高磊,王福彬,余湘娟.錨桿參數(shù)對(duì)基坑坑底回彈和地連墻變形的影響[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2013,11(6):55-59.

3-D Finite Element Simulation of Rootless Pile

JIA Jinqing, CAO Jing, GAO Juncheng

(StateKeyLaboratoryofCoastalandOffshoreEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian,Liaoning116024,China)

The traditional rock-excavations retaining has disadvantages of high costs, long construction duration, low security, et al. However the rootless pile retaining technology instead was successfully applied to the practice. By introducing the structures of the rootless pile in detail and building the 3-D finite element models considering the combined effects of the soil-structure inaction, the overall stability of the excavation, the internal force of the retaining components and the excavation deformation for each analysis step were analyzed. The results indicated that the stability of the excavation, the strength of each retaining components and pit deformation can meet all the requirements. It is significant to promote rootless pile in rock-pit practice.

excavation engineering; rootless pile; ABAQUS numerical modeling; excavation deformation

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.04.002

2016-03-20

2016-04-17

賈金青(1962—)，男，河北滄州人，博士，教授，博導(dǎo)，主要從事結(jié)構(gòu)工程、巖土工程及工程新材料的研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

E-mail: keyknown@163.net

TU442

A

1672—1144(2016)04—0005—06