深基坑錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)中錨桿參數(shù)對(duì)深基坑變形影響有限元分析

柳國(guó)明

摘要：隨著我國(guó)城市的快速發(fā)展，地鐵等多種工程的規(guī)模和需求量不斷增多，因此深基坑的數(shù)量也隨之增多。在深基坑的多個(gè)工程中，由于錨桿支護(hù)取得的效果較好，因此廣泛應(yīng)用于相應(yīng)的深基坑工程中。本文通過(guò)對(duì)深基坑錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的錨桿參數(shù)進(jìn)行研究，明確不同參數(shù)下的錨桿對(duì)深基坑的不同影響，為深基坑錨桿在今后的優(yōu)化和提升提供借鑒和參考。本文通過(guò)有限元軟件建立不同的模型，對(duì)錨桿的錨固長(zhǎng)度、錨桿傾角等錨桿參數(shù)在數(shù)值不同時(shí)對(duì)深基坑的變形影響進(jìn)行分析，最終確定合理的參數(shù)范圍。

關(guān)鍵詞：深基坑;錨桿支護(hù);錨桿參數(shù);深基坑變形;有限元

地鐵等多種工程的規(guī)模發(fā)展與人們的日常生活密切相關(guān)，且相關(guān)的深基坑類(lèi)工程大多比較復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)性較高，臨時(shí)性和地域性的特點(diǎn)尤其突出，因此必須要高度重視工程類(lèi)的質(zhì)量和安全，其關(guān)系著人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全，必須盡可能地減少事故的發(fā)生。錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)被用于對(duì)巖體進(jìn)行加固，隨著相應(yīng)的理論和實(shí)踐技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，在眾多的深基坑工程中得到廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)錨桿支護(hù)的錨桿參數(shù)進(jìn)行研究，從而改善和提高錨桿支護(hù)技術(shù)，對(duì)建立的模型中的各個(gè)影響參數(shù)進(jìn)行研究，明確影響深基坑的各個(gè)關(guān)鍵因素，從而保證深基坑工程的精確性，降低參數(shù)的改變可能引起的事故，降低深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)深基坑的變形因素進(jìn)行研究，為今后的深基坑類(lèi)工程提供了寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和參考經(jīng)驗(yàn)，保證和實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性[1-3]。

1 ? ?有限元軟件下模型的建立

利用有限元軟件Midas GTS NX建立相關(guān)模型，根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)影響和波及的范圍確定模型的長(zhǎng)、寬、深度，分別為240 m、180 m、50 m。通過(guò)對(duì)整體的有限元計(jì)算，綜合考慮整體的空間效應(yīng)、支護(hù)構(gòu)件、錨桿、立柱等，充分展現(xiàn)出材料的抗力性能，預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)的相關(guān)具體參數(shù)見(jiàn)表1。

通過(guò)上述設(shè)置的相關(guān)參數(shù)用模型對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬，能夠較清晰地顯示出，基坑垂直坑壁的方向能夠發(fā)生較為顯著的變形，其中變形最大的為南側(cè)，在地表變形云圖中顯示出明顯的顏色變化由基坑的中心向外圍擴(kuò)散，即基坑的中間位置為深色，而兩邊和下部的顏色為淺色。

2 ? ?錨桿參數(shù)對(duì)深基坑的變形影響

2.1 錨桿中錨固段長(zhǎng)度對(duì)深基坑變形的影響

建立不同的對(duì)比模型，與上述建立的基本模型相比較，在錨桿中錨固段的長(zhǎng)度不同對(duì)深基坑變形的不同影響?；灸Ｐ偷膮?shù)值為表1的具體數(shù)據(jù)，共有3排預(yù)應(yīng)力錨桿，改變錨固段的各個(gè)長(zhǎng)度數(shù)值，計(jì)算出各個(gè)長(zhǎng)度變化下的深基坑的水平位移值和地表沉降最大變化量的數(shù)值，結(jié)果分別為第一道自由段長(zhǎng)度為7 m，錨固段長(zhǎng)度15 m，總長(zhǎng)度22 m，中間道自由段長(zhǎng)度為5 m，錨固段長(zhǎng)度13 m，總長(zhǎng)度18 m，第三道自由段長(zhǎng)度為5 m，錨固段長(zhǎng)度12 m，總長(zhǎng)度17 m，此時(shí)地表沉積最大值是5.32 mm，水平位移最大值為2.63 mm;當(dāng)?shù)谝坏雷杂啥伍L(zhǎng)度為7 m，錨固段長(zhǎng)度20 m，總長(zhǎng)度27 m，中間道自由段長(zhǎng)度為5 m，錨固段長(zhǎng)度18 m，總長(zhǎng)度23 m，第三道自由段長(zhǎng)度為5 m，錨固段長(zhǎng)度17 m，總長(zhǎng)度22 m，此時(shí)地表沉積最大值是5.12 mm，水平位移最大值為2.58 mm。

表1中基本模型的水平位移最大值為2.9 mm，地表沉積最大值為5.96 mm，由上述數(shù)據(jù)表明，隨著錨固段長(zhǎng)度的增加，深基坑的變形程度隨之減小，且變化較顯著，但隨著長(zhǎng)度的增加錨桿對(duì)深基坑變形的限制程度相應(yīng)地降低。從表1中的數(shù)據(jù)得出，應(yīng)將錨桿的錨固段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)在8～15 m的范圍內(nèi)，此時(shí)能夠最大程度地發(fā)揮錨桿的支護(hù)作用，并能實(shí)現(xiàn)安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2.2 錨桿中錨桿的傾角參數(shù)變化對(duì)深基坑變形的影響

當(dāng)錨桿的傾角度數(shù)為5°時(shí)，最大軸力為191.67 kN;當(dāng)錨桿的傾角度數(shù)為10°時(shí)，最大軸力為204.38 kN;當(dāng)錨桿的傾角度數(shù)為15°時(shí)，最大軸力為198.49 kN;當(dāng)錨桿的傾角度數(shù)為20°時(shí)，最大軸力為190.43 kN;當(dāng)錨桿的傾角度數(shù)為25°時(shí)，最大軸力為165.63 kN;當(dāng)錨桿的傾角度數(shù)為30°時(shí)，最大軸力為158.20 kN。上述數(shù)據(jù)描述了不同的錨桿傾角變化下的最大軸力的變化值，由數(shù)據(jù)顯示由5°變?yōu)?0°時(shí)，錨桿的最大軸向力與傾角呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，傾角增加，最大軸向力增加;當(dāng)傾角達(dá)到20°時(shí)，最大軸向力的數(shù)值達(dá)到最大，且隨著傾角增加，呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。其主要是由于對(duì)土體水平位移進(jìn)行了限制，其限制拉力的產(chǎn)生主要是預(yù)應(yīng)力錨桿的張拉所引起的。當(dāng)延桿件方向的預(yù)應(yīng)力相同時(shí)，隨著水平傾角度數(shù)的增加，其在水平方向的分力則相應(yīng)減小，因此成為發(fā)揮作用不大的無(wú)效力;而在豎直方向上的分力較大，反而影響了支護(hù)結(jié)構(gòu)和下部的土體，當(dāng)達(dá)到一定深度時(shí)，能夠?qū)εR近建筑物的地基造成一定的破壞。當(dāng)增加錨桿角度時(shí)，預(yù)應(yīng)力錨桿的作用效果先增加后減小，但傾角大于20°時(shí)，錨桿的支護(hù)效果大大降低，因此綜合多個(gè)因素，傾角的取值范圍為10°～20°。

2.3 錨桿中預(yù)應(yīng)力參數(shù)變化對(duì)深基坑變形的影響

建立7組對(duì)比模型，其相應(yīng)的結(jié)果如下：模型號(hào)1，第一道錨桿預(yù)應(yīng)力為0 kN，第二道錨桿預(yù)應(yīng)力為20 kN，第三道錨桿預(yù)應(yīng)力為20 kN，此時(shí)水平位移最大值為23.3 mm，地表沉降最大值為13.71;模型號(hào)2，第一道錨桿預(yù)應(yīng)力為50 kN，第二道錨桿預(yù)應(yīng)力為70 kN，第三道錨桿預(yù)應(yīng)力為70 kN，此時(shí)水平位移最大值為20.2 mm，地表沉降最大值為11.36;模型號(hào)3，第一道錨桿預(yù)應(yīng)力為100 kN，第二道錨桿預(yù)應(yīng)力為120 kN，第三道錨桿預(yù)應(yīng)力為120 kN，此時(shí)水平位移最大值為17.5 mm，地表沉降最大值為9.79;模型號(hào)4，第一道錨桿預(yù)應(yīng)力為150 kN，第二道錨桿預(yù)應(yīng)力為170 kN，第三道錨桿預(yù)應(yīng)力為170 kN，此時(shí)水平位移最大值為15.9 mm，地表沉降最大值為8.45;模型號(hào)5，第一道錨桿預(yù)應(yīng)力為200 kN，第二道錨桿預(yù)應(yīng)力為220 kN，第三道錨桿預(yù)應(yīng)力為220 kN，此時(shí)水平位移最大值為15.0 mm，地表沉降最大值為7.93;模型號(hào)6，第一道錨桿預(yù)應(yīng)力為250 kN，第二道錨桿預(yù)應(yīng)力為270 kN，第三道錨桿預(yù)應(yīng)力為270 kN，此時(shí)水平位移最大值為14.7 mm，地表沉降最大值為7.48;模型號(hào)7，第一道錨桿預(yù)應(yīng)力為300 kN，第二道錨桿預(yù)應(yīng)力為320 kN，第三道錨桿預(yù)應(yīng)力為320 kN，此時(shí)水平位移最大值為14.7 mm，地表沉降最大值為7.23。

由上述數(shù)據(jù)可知，隨著預(yù)應(yīng)力數(shù)值的增加，水平位移最大值和地表沉降最大值都隨之降低，當(dāng)軸力增量低于100 kN，兩者的減少量與預(yù)應(yīng)力的增加量呈現(xiàn)線性關(guān)系，因此當(dāng)增加預(yù)應(yīng)力時(shí)能夠顯著降低水平位移;但當(dāng)軸力增量大于200 kN，深基坑的變形沒(méi)有發(fā)生明顯變化，因此在一定范圍內(nèi)，隨著軸力的增加深基坑的變形幅度降低[4-5]。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)錨桿支護(hù)的錨桿參數(shù)進(jìn)行研究，從而改善和提高錨桿支護(hù)技術(shù)，對(duì)建立的模型中的各個(gè)影響參數(shù)進(jìn)行研究，明確影響深基坑的各個(gè)關(guān)鍵因素，從而保證深基坑工程的精確性，降低深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)[6]。本文通過(guò)對(duì)深基坑的變形因素進(jìn)行研究，為今后的深基坑類(lèi)工程提供了寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和參考經(jīng)驗(yàn)，保證和實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢(qián)峰.樁錨支護(hù)基坑工程變形特性研究[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2020：1-59.

[2] 郜東偉.深基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2019：1-163.

[3] 溫平平.基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形特性及分級(jí)預(yù)警報(bào)警研究[D].南昌：南昌大學(xué)，2019：1-29.

[4] 史子庸.深基坑內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2018：1-182.

[5] 陳尚榮，曹傳祥，廖志堅(jiān).不同支護(hù)深基坑開(kāi)挖對(duì)地下通道變形的影響[J].交通科學(xué)與工程，2018，34（4）：43-52.

[6] 過(guò)洪赟，趙延林.樁錨支護(hù)深基坑開(kāi)挖對(duì)近鄰管線變形影響分析[J].低溫建筑技術(shù)，2020，42（12）：112-115.