基于正交試驗(yàn)的坑中坑加固效果影響因素分析

檀 昆, 朱亞林,2, 李勇海, 汪亦顯,2, 洪 胤

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院,安徽 合肥 230009; 2.土木工程結(jié)構(gòu)與材料安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230009; 3.中鐵四局集團(tuán) 第二工程有限公司,江蘇 蘇州 215131)

0 引 言

隨著城市的發(fā)展建設(shè),地下空間的開(kāi)發(fā)利用逐漸增多,地下基坑工程也向著更深更寬更復(fù)雜的方向發(fā)展。為滿(mǎn)足某些基坑工程中地下室、電梯井及部分基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)的需要,往往需要進(jìn)行二次開(kāi)挖,形成坑中坑。目前相關(guān)規(guī)范中缺少關(guān)于坑中坑的介紹及其計(jì)算方法的內(nèi)容,導(dǎo)致在坑中坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)常常因忽視坑中坑的影響而帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn),或是過(guò)度考慮坑中坑的存在而造成資源的浪費(fèi)[1]。另外,坑中坑一般處于第2層、第3層土中,土質(zhì)較差,尤其是在軟土地區(qū),土體抗剪強(qiáng)度較低,壓縮性大,常規(guī)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)很難完全發(fā)揮其控制變形的作用,因此技術(shù)人員考慮利用土體加固的方式改善土體力學(xué)性質(zhì),事實(shí)證明,對(duì)基坑土體進(jìn)行加固可以較好地降低基坑變形、提升基坑穩(wěn)定性[2-3]。

目前對(duì)坑中坑問(wèn)題和基坑土體加固問(wèn)題的研究已有一些成果。文獻(xiàn)[4-5]通過(guò)建立有限元模型,分別研究幾個(gè)表現(xiàn)坑中坑特點(diǎn)的參數(shù)對(duì)基坑應(yīng)力場(chǎng)和對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響;文獻(xiàn)[6]基于實(shí)際工程項(xiàng)目和離心試驗(yàn),總結(jié)內(nèi)外坑間距對(duì)地連墻位移影響的變化趨勢(shì);文獻(xiàn)[7]通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算推導(dǎo)出坑中坑等效深度的計(jì)算公式,并與其他方法相比較驗(yàn)證公式的正確性;文獻(xiàn)[8-10]從理論方面對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn),提出適合于坑中坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力計(jì)算方法;文獻(xiàn)[11-12]從基坑加固對(duì)周邊環(huán)境的影響考慮,探究不同加固范圍及加固程度對(duì)鄰近樁身變形的影響;文獻(xiàn)[13-14]提出加固體深度、寬度存在臨界值,超出該值后繼續(xù)提升加固尺寸帶來(lái)的加固效果不明顯;文獻(xiàn)[15]建立基坑地面沉降、坑底隆起及圍護(hù)樁側(cè)向位移這些性狀與加固體剛度的關(guān)系曲線(xiàn),并進(jìn)行擬合得到相應(yīng)關(guān)系式,具有一定參考價(jià)值。

目前對(duì)于坑內(nèi)加固的相關(guān)研究,大多針對(duì)加固體對(duì)普通基坑的影響,而對(duì)坑中坑的土體加固研究很少。本文利用MIDAS/GTS有限元軟件建立二維坑中坑模型,研究坑中坑加固的最佳區(qū)域,提出最合適的加固尺寸,并通過(guò)改變加固體在平臺(tái)中的位置以及加固體彈性模量2個(gè)關(guān)鍵因素來(lái)探究其對(duì)加固效果的影響,最后設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),利用極差分析法和方差分析法對(duì)加固體深度、加固體寬度、加固體彈性模量及加固體在平臺(tái)中的位置這4個(gè)影響加固效果的關(guān)鍵因素的敏感性進(jìn)行排序,以期為實(shí)際坑中坑工程設(shè)計(jì)和施工提供一定的理論指導(dǎo)。

1 有限元模型的建立

1.1 幾何模型

在某些坑中坑工程中,為滿(mǎn)足地下室的活動(dòng)空間,基坑的內(nèi)坑開(kāi)挖尺寸往往較大,因此本文計(jì)算模型將坑中坑外坑深度設(shè)為6 m,內(nèi)坑深度取5 m,坑中坑平臺(tái)寬度為10 m,內(nèi)坑寬度取40 m;另外,考慮基坑開(kāi)挖的影響范圍,將模型總寬度設(shè)為160 m,總深度設(shè)為60 m;鑒于基坑模型左右對(duì)稱(chēng),取模型1/2進(jìn)行計(jì)算分析。本文模型中內(nèi)、外坑開(kāi)挖深度不深,且上部土質(zhì)較軟,需考慮對(duì)土體進(jìn)行加固,因此計(jì)算模型采取排樁+加固體的支護(hù)方案,后續(xù)的計(jì)算結(jié)果表明該方案是可行的。在排樁設(shè)置方面,外坑和內(nèi)坑分別采用直徑1 200、1 000 mm的鉆孔灌注樁,樁間距均設(shè)置為1 m;外坑灌注樁樁長(zhǎng)為15 m,插入深度9 m;內(nèi)坑灌注樁樁長(zhǎng)12 m,插入深度7 m。

模型建立時(shí),土體采用MIDAS中位于同一平面上的3、4個(gè)節(jié)點(diǎn)定義的三角形或四邊形單元——平面應(yīng)變單元模擬,灌注樁利用結(jié)構(gòu)單元中2個(gè)節(jié)點(diǎn)定義的線(xiàn)單元——梁?jiǎn)卧M,對(duì)模型左、右兩側(cè)分別設(shè)置X方向的位移約束,在模型底部設(shè)置X、Y方向的位移約束[16]?？又锌佑邢拊?jì)算模型如圖1所示。

圖1 坑中坑有限元計(jì)算模型

1.2 材料參數(shù)

計(jì)算模型中,土體及加固體選用Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則[17];圍護(hù)樁材料為混凝土,可用彈性模型進(jìn)行計(jì)算分析。

坑中坑采用水泥土攪拌樁加固方式,有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明[18]經(jīng)水泥土攪拌加固后的土體黏聚力和內(nèi)摩擦角分別為天然土體的10～20倍和2倍左右。本文加固體黏聚力取天然土15倍,為450 kPa;內(nèi)摩擦角取2倍,為26°。

文獻(xiàn)[13]提到,水泥土的彈性模量一般為水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的100～120倍,而后者與水泥摻合比和養(yǎng)護(hù)齡期相關(guān),本文加固體水泥摻合比取15%,養(yǎng)護(hù)齡期為28 d,查表[19]可得水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.35 MPa,若彈性模量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系選為110倍,則可取加固體的彈性模量為150 MPa。

材料物理、力學(xué)性能參數(shù)見(jiàn)表1所列。

表1 材料物理力學(xué)性能參數(shù)取值

2 計(jì)算結(jié)果與分析

計(jì)算時(shí)將坑中坑施工分為6步,即施作外坑圍護(hù)樁、開(kāi)挖至外坑3 m深處、開(kāi)挖至外坑底、施作內(nèi)坑圍護(hù)樁、開(kāi)挖至內(nèi)坑3 m深處及開(kāi)挖至內(nèi)坑坑底,內(nèi)、外坑圍護(hù)樁在開(kāi)挖至內(nèi)坑坑底工況下處于最不利狀態(tài),故對(duì)該工況下內(nèi)、外坑圍護(hù)樁的側(cè)向位移進(jìn)行分析,研究加固體位置、尺寸及加固程度對(duì)內(nèi)、外坑圍護(hù)樁側(cè)向變形的影響。

2.1 加固最佳位置的確定

目前對(duì)于坑中坑的加固位置,往往都是依靠經(jīng)驗(yàn)將加固體設(shè)置在坑中坑平臺(tái)靠近外坑圍護(hù)樁一側(cè)。下面將加固體分別設(shè)置在外坑主動(dòng)區(qū)、平臺(tái)靠外坑圍護(hù)樁一側(cè)、平臺(tái)靠?jī)?nèi)坑圍護(hù)樁一側(cè)以及內(nèi)坑被動(dòng)區(qū)4個(gè)區(qū)域,以研究坑中坑加固體的最佳加固位置。加固體4種加固位置類(lèi)型如圖2所示。圖2中:H為加固體深度,即外坑開(kāi)挖深度;B為加固體寬度,即坑中坑平臺(tái)寬度。

圖2 加固體4種加固位置類(lèi)型

通過(guò)建立以上4種加固位置模型,并將每個(gè)模型的加固體尺寸按1×1至8×8逐步變化,得出4種加固位置上各64個(gè)不同加固尺寸下外坑、內(nèi)坑圍護(hù)樁的位移表現(xiàn)。本文提取各種情況下內(nèi)、外坑圍護(hù)樁樁身最大側(cè)向位移值,并將這些位移值按加固位置分類(lèi),分別找到最佳加固尺寸(即使得位移最小時(shí)的加固尺寸)下的樁身位移最大值進(jìn)行比較分析,具體位移情況見(jiàn)表2所列。

表2 不同加固位置下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移

從表2可以看出,在一定的加固尺寸下內(nèi)、外坑圍護(hù)樁的側(cè)向位移均相較于未加固情況下有所降低,可以證實(shí)坑中坑加固對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)有利。將各情況下圍護(hù)樁側(cè)向位移最大值與未加固時(shí)的圍護(hù)樁位移最大值進(jìn)行比較,得出相應(yīng)的位移減小率。從外坑圍護(hù)樁看,對(duì)平臺(tái)靠外坑圍護(hù)樁的區(qū)域進(jìn)行加固時(shí),在最佳加固尺寸下位移減小率為62.45%,遠(yuǎn)超其他3種情況;對(duì)外坑主動(dòng)區(qū)進(jìn)行加固,位移減小率達(dá)到40.34%,可見(jiàn)對(duì)基坑主動(dòng)區(qū)加固也能起到一定的效果;其他2種情況下,由于加固體離外坑圍護(hù)樁較遠(yuǎn),加固效果稍差。從內(nèi)坑圍護(hù)樁看,對(duì)內(nèi)坑的被動(dòng)區(qū)進(jìn)行加固是最好的選擇,在最佳加固尺寸時(shí),位移減小率為57.69%;對(duì)平臺(tái)靠?jī)?nèi)坑圍護(hù)樁區(qū)域加固,即對(duì)內(nèi)坑主動(dòng)區(qū)進(jìn)行加固時(shí),加固效果也較好,減小率為37.50%,對(duì)比上述2種加固效果可知,對(duì)基坑被動(dòng)區(qū)加固效果會(huì)略?xún)?yōu)于對(duì)主動(dòng)區(qū)加固;值得一提的是,對(duì)平臺(tái)靠外坑圍護(hù)樁區(qū)域加固時(shí),內(nèi)坑圍護(hù)樁位移減少35.89%,與對(duì)內(nèi)坑主動(dòng)區(qū)加固效果相差很小。

綜上所述,在最佳加固尺寸下,對(duì)坑中坑平臺(tái)靠近外坑圍護(hù)樁一側(cè)區(qū)域進(jìn)行加固時(shí),坑中坑內(nèi)外坑圍護(hù)樁側(cè)向位移均有明顯減小,而其他3種情況均無(wú)法在有效降低內(nèi)坑圍護(hù)樁位移的同時(shí)對(duì)外坑圍護(hù)樁位移也有很好的控制效果。因此對(duì)于與該計(jì)算模型類(lèi)似的坑中坑工程而言,對(duì)平臺(tái)靠外坑圍護(hù)樁區(qū)域加固是最佳的加固位置。

2.2 加固最合適尺寸的確定

在確定最佳加固位置后,對(duì)該區(qū)域進(jìn)行不同尺寸的加固,令加固體深度在H/6～3H/2范圍內(nèi)變化,寬度在B/10～B范圍內(nèi)變化,以探究最合適的加固尺寸。不同加固尺寸下外坑、內(nèi)坑圍護(hù)樁最大側(cè)向位移如圖3所示。

圖3 不同加固尺寸下外坑和內(nèi)坑圍護(hù)樁最大側(cè)向位移

從圖3a可以看出:在加固寬度較小時(shí),提升加固寬度會(huì)有效減少?lài)o(hù)樁的側(cè)向位移,但隨著加固寬度增大至7B/10時(shí),進(jìn)一步增加加固寬度對(duì)加固效果的提升可以忽略不計(jì);在每個(gè)加固寬度下都存在一個(gè)界限加固深度,且這個(gè)深度也隨加固寬度的增加而相應(yīng)提高;當(dāng)加固寬度為7B/10時(shí),這個(gè)界限加固深度為H,進(jìn)一步擴(kuò)大加固尺寸對(duì)外坑圍護(hù)樁側(cè)向位移的控制作用不明顯,可確定該尺寸為外坑最適合加固尺寸。

從圖3b可以看出:當(dāng)加固寬度在9B/10以下時(shí),超出B/2后,曲線(xiàn)十分接近,繼續(xù)提升寬度意義不大,但隨著加固體寬度達(dá)到B,即布滿(mǎn)整個(gè)平臺(tái)時(shí),圍護(hù)樁位移又產(chǎn)生進(jìn)一步的位移,且幅度較大;加固深度的增加對(duì)加固效果的提升也很明顯,當(dāng)加固深度為3H/2時(shí)各加固寬度下內(nèi)坑圍護(hù)樁位移均達(dá)到最小值。綜上所述,可以得出內(nèi)坑圍護(hù)樁最適合加固深度為3H/2,加固寬度為B。

由于分析得出的針對(duì)內(nèi)、外坑圍護(hù)樁的最合適加固尺寸不同,需要進(jìn)行適當(dāng)協(xié)調(diào)。計(jì)算出內(nèi)、外坑圍護(hù)樁位移最大值在各加固尺寸下相比于未加固時(shí)的減小幅度,得出對(duì)于內(nèi)、外坑圍護(hù)樁而言,減小幅度分別達(dá)到30%、60%后繼續(xù)增加加固尺寸效果不明顯。當(dāng)加固深度為7H/6、寬度為3B/5時(shí),內(nèi)、外坑圍護(hù)樁位移減小幅度首次分別達(dá)到30.9%、61.1%,不僅可以較好控制內(nèi)、外坑圍護(hù)樁位移,還可保證加固的經(jīng)濟(jì)效益。值得一提的是,加固尺寸設(shè)為外坑最適合加固尺寸時(shí),內(nèi)、外坑樁身位移最大值降幅分別為29.3%、61.1%,在相同的每延米加固面積下,其對(duì)內(nèi)坑的加固效果較差;加固尺寸設(shè)為內(nèi)坑最適合加固尺寸時(shí),位移降幅則分別為55.3%、65.3%,但此時(shí)加固尺寸過(guò)大,經(jīng)濟(jì)性較差。綜合考慮內(nèi)、外坑圍護(hù)樁的位移控制效果及經(jīng)濟(jì)性,加固深度為7H/6、寬度為3B/5是加固體最適合尺寸。

2.3 加固體距外坑距離對(duì)加固效果的影響

加固體選用最適合加固尺寸,考慮加固體左端距外坑圍護(hù)樁分別為0、1、2、3、4 m共5種情況,內(nèi)、外坑圍護(hù)樁位移計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

從圖4a可以看出:當(dāng)加固體緊貼外坑圍護(hù)樁時(shí),圍護(hù)樁側(cè)向位移沿樁身分布比較平均,最大值出現(xiàn)在樁頂,為18.5 mm;當(dāng)加固體逐漸遠(yuǎn)離外坑圍護(hù)樁后,外坑圍護(hù)樁側(cè)向位移沿樁身分布呈上大下小的趨勢(shì),樁身高度4 m以下部位的側(cè)向位移值隨距離增長(zhǎng)而逐漸減小,4 m以上部位則隨之增大;當(dāng)距離為0、1 m時(shí)樁頂側(cè)向位移分別為18.5、33.1 mm,變化幅度較大,為78.9%,1～2 m、2～3 m、3～4 m內(nèi)的增長(zhǎng)幅度分別為19.6%、3.5%、0.9%,可見(jiàn)隨著加固體逐漸遠(yuǎn)離外坑圍護(hù)樁,樁身位移變化的幅度會(huì)逐漸減小。

圖4 不同距離下外坑、內(nèi)坑圍護(hù)樁側(cè)向位移變化曲線(xiàn)

從圖4b可以看出:在不同的位置處,內(nèi)坑圍護(hù)樁樁身位移趨勢(shì)是類(lèi)似的,均表現(xiàn)出中間大兩邊小的情況,且加固體位置的改變對(duì)內(nèi)坑圍護(hù)樁樁身上半部分影響較大,而對(duì)下半部分基本無(wú)影響;當(dāng)加固體緊貼外坑圍護(hù)樁時(shí),內(nèi)坑圍護(hù)樁樁身上部側(cè)向位移最小;當(dāng)加固體距離外坑圍護(hù)樁為1 m時(shí),內(nèi)坑圍護(hù)樁位移最大,樁身位移最大值為26.7 mm,此后進(jìn)一步增大距離,內(nèi)坑圍護(hù)樁樁身各位置處的位移均有一定程度的減小,當(dāng)加固體緊貼內(nèi)坑圍護(hù)樁時(shí),內(nèi)坑圍護(hù)樁位移與緊貼外坑圍護(hù)樁時(shí)接近,但樁頂位移還有6 mm左右的差距。因此,在實(shí)際工程中應(yīng)注意加固時(shí)將加固體緊貼外坑圍護(hù)樁,以達(dá)到最佳的加固效果。

2.4 加固體彈性模量對(duì)加固效果的影響

當(dāng)水泥摻入比過(guò)小時(shí),不能產(chǎn)生加固效果,摻入比過(guò)大時(shí),經(jīng)濟(jì)性較差,水泥土?xí)呌诖嘈云茐?因此在一般地基加固工程中,水泥摻入比在7%～20%是合適的,通過(guò)查表并結(jié)合文獻(xiàn)[20]提出的經(jīng)驗(yàn)公式可以推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)彈性模量的范圍在35.5～427.2 MPa之間。本文對(duì)該范圍進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,使其在40～400 MPa范圍內(nèi)變化;選用最合適加固尺寸,并將加固體設(shè)置在平臺(tái)緊貼外坑圍護(hù)樁一側(cè),以控制其他變量的影響。不同彈性模量下外坑、內(nèi)坑圍護(hù)樁側(cè)向位移曲線(xiàn)如圖5所示。

圖5 不同彈性模量下外坑、內(nèi)坑圍護(hù)樁側(cè)向位移變化曲線(xiàn)

從圖5可以看出:當(dāng)彈性模量從40 MPa增加到400 MPa時(shí),外坑圍護(hù)樁樁頂位移從29.5 mm減小至14.8 mm,減小幅度為49.8%;內(nèi)坑圍護(hù)樁樁頂位移從21.3 mm減小至19.2 mm,幅度為9.8%,可見(jiàn)加固體彈性模量的改變對(duì)外坑圍護(hù)樁的影響更大。由圖5a可知:隨著加固體彈性模量逐漸增大,圍護(hù)樁樁身3 m以上部分的位移逐漸減小,而3 m以下部分的位移逐漸增加;加固體彈性模量在120 MPa以下時(shí),提高加固體彈性模量,加固效果有顯著提高;超出120 MPa后,進(jìn)一步提高加固體彈性模量對(duì)圍護(hù)樁位移的控制效果不明顯。由圖5b可知,加固體彈性模量的影響不大,尤其是在樁身8 m左右以下的部分,基本不會(huì)隨著加固體彈性模量的增大而發(fā)生變化,而樁身8 m以上的部分僅在60 MPa以下時(shí)有所影響,且影響程度較小。

3 加固效果影響因素的正交分析

本研究中,影響加固效果的因素為加固體深度、加固體寬度、加固體距外坑距離及加固體彈性模量。在確定影響坑中坑加固效果的4個(gè)因素后,有必要對(duì)這些因素進(jìn)行相應(yīng)的敏感性程度和顯著性分析,從而重視最敏感因素,以最經(jīng)濟(jì)的方式充分發(fā)揮加固體的加固效果。上述4種因素相互組合會(huì)產(chǎn)生不同的加固效果,若每個(gè)因素取4個(gè)水平,采用交叉組合方法,則共有44即256種試驗(yàn)方法,工作量很大。本文利用正交試驗(yàn)方法,在保證各試驗(yàn)因素均衡搭配的同時(shí)大大降低試驗(yàn)次數(shù)[21],提高工作效率。

3.1 正交試驗(yàn)表的建立及試驗(yàn)結(jié)果

分別將加固體深度、加固體寬度、加固體彈性模量和加固體距外坑距離設(shè)為因素A、因素B、因素C、因素D。試驗(yàn)因素及水平取值見(jiàn)表3所列,各水平等間距變化,且保證各水平選取均在合適范圍內(nèi)。

表3 試驗(yàn)因素水平取值

綜合考慮試驗(yàn)因素和水平數(shù),本文采用L16(45)正交表,即做16次試驗(yàn),包含5個(gè)因素,每個(gè)因素有4個(gè)水平。因?yàn)楸敬窝芯可婕暗囊蛩貎H4個(gè),所以第5個(gè)因素所處列為空列,可作為誤差分析列參與試驗(yàn)。正交表設(shè)計(jì)完成后,需保證在表中每列不同數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)相同,任意2列中同行相鄰2個(gè)數(shù)組成的有序數(shù)對(duì)出現(xiàn)的次數(shù)也相同,以滿(mǎn)足正交表“分散均勻,齊整可比”的要求[22]。對(duì)設(shè)計(jì)完成的16組正交試驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算,取各試驗(yàn)中內(nèi)、外坑圍護(hù)樁側(cè)向位移最大值作為試驗(yàn)結(jié)果,并計(jì)算不同因素、不同水平情況下各試驗(yàn)結(jié)果的均值。正交試驗(yàn)表及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4所列。

表4 正交試驗(yàn)表及試驗(yàn)結(jié)果

3.2 極差分析

極差分析法是對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果分析的最常見(jiàn)方法,通過(guò)對(duì)比各因素在各水平下試驗(yàn)結(jié)果平均值的最大值和最小值之差來(lái)判斷因素的敏感性大小,這種分析方法僅需對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行少量計(jì)算便可得出最佳加固方式和最敏感因素。正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果見(jiàn)表5所列。表5中:δ為各因素在各水平下的試驗(yàn)結(jié)果平均值與所有試驗(yàn)總均值之差;T為各因素下δ最大值與最小值之差。

由表5可知,各因素按敏感性從大到小依次為加固體距外坑距離、加固體深度、加固體彈性模量、加固體寬度,這表明加固體在平臺(tái)中所處的位置對(duì)加固效果的影響是最大的,而加固體寬度的影響程度最小。另外,由δ值可以得出,在已有水平情況下,選用A4B2C3D1組合可以最大程度降低內(nèi)、外坑圍護(hù)樁側(cè)向位移最大值,是最優(yōu)的組合方案。

表5 正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果 單位:mm

3.3 方差分析

極差分析法由于其計(jì)算簡(jiǎn)單、直觀明了的特點(diǎn)被廣泛用于正交分析中,然而這種方法也存在一定的缺陷,其無(wú)法區(qū)分不同的試驗(yàn)結(jié)果是由因素水平改變而產(chǎn)生的,還是由試驗(yàn)誤差而產(chǎn)生的[23],而方差分析可以彌補(bǔ)極差分析在這方面的不足,并對(duì)因素影響的顯著性作出定量評(píng)價(jià),保證分析的精確性。

正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果見(jiàn)表6所列。表6中：各因素偏差平方和S=m∑(xi-μ)2,m為各因素的水平數(shù),xi為各試驗(yàn)結(jié)果,μ為所有試驗(yàn)結(jié)果的均值;自由度f(wàn)=m-1;均方為偏差平方和與自由度的比值;F比為各因素的均方與誤差均方的比值。

方差分析中引用F分布臨界值表來(lái)進(jìn)行各因素的顯著性水平分析,在確定因素自由度與誤差自由度均為3后,在分布臨界值表中查找相應(yīng)可靠度條件下的F分布臨界值,其中F0.01(3,3)、F0.05(3,3)、F0.1(3,3)分別表示可靠度為99%、95%、90%時(shí)的分布臨界值,將計(jì)算出的各因素F比與臨界值對(duì)比,判斷各因素的顯著性情況。若F比在F0.1(3,3)～F0.05(3,3)范圍內(nèi),則說(shuō)明該因素的影響不顯著;若F比在F0.05(3,3)～F0.01(3,3)范圍內(nèi),則說(shuō)明該因素的影響顯著;若F比大于F0.01(3,3),則說(shuō)明該因素的影響非常顯著。

從表6可以看出,4個(gè)因素的F比均大于F0.1(3,3),可知各因素對(duì)加固效果均有一定程度的影響。按F比大小排序,可知加固體距外坑圍護(hù)樁距離對(duì)加固效果影響最大,其F比遠(yuǎn)高于其他3個(gè),且是值唯一大于F0.01(3,3)的因素;加固體深度的影響次之,故在確定加固體位置后可以首先考慮在合適范圍內(nèi)增加加固體深度,這樣對(duì)加固效果的提升最大;加固體彈性模量的顯著性大小次于加固體深度,但兩者相差不大,可以看出在適當(dāng)范圍內(nèi)提高加固體彈性模量也是有效的加固措施;加固體寬度對(duì)加固效果的影響最小,也是唯一被評(píng)價(jià)為不顯著的因素,因此首先考慮增加加固體寬度來(lái)提升加固效果的做法是不可取的。

表6 正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果

4 結(jié) 論

本文利用MIDAS/GTS有限元軟件模擬坑中坑模型,研究坑中坑最佳加固區(qū)域,提出最合適加固尺寸,并通過(guò)改變加固體在平臺(tái)中的位置及加固體彈性模量等關(guān)鍵因素來(lái)探究其對(duì)加固效果的影響,最后設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)來(lái)確定關(guān)鍵因素的顯著性,得出以下結(jié)論:

(1) 將加固體設(shè)置在平臺(tái)處靠外坑圍護(hù)樁一側(cè)時(shí),對(duì)外坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移的加固效果遠(yuǎn)優(yōu)于其他位置,對(duì)內(nèi)坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移的控制效果也能維持在較高水平,實(shí)際施工時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮將加固體設(shè)置在該區(qū)域。

(2) 在對(duì)平臺(tái)靠外坑圍護(hù)樁一側(cè)加固時(shí),加固深度和加固寬度都有一定的限值,超過(guò)該限值后進(jìn)一步提升加固尺寸對(duì)加固效果的提升不大,綜合考慮加固體對(duì)坑中坑內(nèi)、外坑圍護(hù)樁側(cè)向位移的影響,得出加固體深度為7H/6、寬度為3B/5是最適合的加固尺寸。

(3) 加固體遠(yuǎn)離外坑圍護(hù)樁后,外坑圍護(hù)樁側(cè)向位移增大主要體現(xiàn)在樁頂位置處,且進(jìn)一步遠(yuǎn)離后外坑圍護(hù)樁側(cè)向位移增長(zhǎng)幅度會(huì)逐漸減小;內(nèi)坑圍護(hù)樁側(cè)向位移隨加固體逐漸遠(yuǎn)離外坑圍護(hù)樁呈先增后減的趨勢(shì),且變化主要體現(xiàn)在樁身上半部分。

(4) 改變加固體彈性模量對(duì)外坑圍護(hù)樁的影響要遠(yuǎn)大于內(nèi)坑圍護(hù)樁,且加固體彈性模量對(duì)內(nèi)、外坑圍護(hù)樁側(cè)向位移的控制作用有一定的限值,超出該限值后對(duì)加固效果的提升不大。

(5) 影響加固效果的4個(gè)因素中,加固體距外坑距離因素的影響是最顯著的,其次分別為加固體深度、加固體彈性模量,最后為加固體寬度,且對(duì)于類(lèi)似工程,由極差分析可估計(jì)在已有水平中A4B2C3D1為最優(yōu)組合,加固效果最好。