深基坑土釘墻與樁錨聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬與優(yōu)化

王振峰

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì)）

土釘墻支護(hù)是一種以土釘作為主要受力構(gòu)件的支護(hù)體系。土釘是指通過(guò)一定加工和布置，插入土體中的一種桿件。在土體中設(shè)置一定密度的土釘，利用土釘與土體之間的摩擦力和粘聚力，形成一種較為穩(wěn)定的墻體，從而起到支護(hù)作用。土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的組成主要包括土釘、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等[1]。其中，土釘是主要受力構(gòu)件，通過(guò)與土體形成摩擦力和粘聚力來(lái)維持墻體穩(wěn)定；鋼筋網(wǎng)的作用是增加墻體的整體性和抗拉強(qiáng)度；噴射混凝土則是起到保護(hù)土釘和鋼筋網(wǎng)的作用，同時(shí)增強(qiáng)墻體的整體性能。

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)是一種利用樁身和錨桿共同作用來(lái)維護(hù)基坑穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)，主要由樁身、錨桿、腰梁等組成[2]。腰梁是連接樁身和錨桿的重要構(gòu)件，能夠?qū)渡沓惺艿暮奢d傳遞到錨桿上，從而增強(qiáng)整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[3]。為深化該聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，下文展開研究。

1 深基坑土釘墻與樁錨聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬

本文擬建的工程項(xiàng)目的規(guī)范化施工，對(duì)該項(xiàng)目的基本情況進(jìn)行分析，如表1所示。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)基坑工程的基本情況進(jìn)行分析，如表2。掌握基坑工程基本情況后，參照彈性模型，進(jìn)行巖體本構(gòu)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的分析，如圖1 所示。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，將其作為模型設(shè)計(jì)材料參數(shù)，如表3。

圖1 巖體本構(gòu)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

表2 基坑基本情況

表3 支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

在此基礎(chǔ)上，將上部結(jié)構(gòu)中的土釘墻進(jìn)行等效荷載處理，進(jìn)行項(xiàng)目施工的開挖，對(duì)等效超載模型開挖前、后示意圖進(jìn)行分析，如圖2。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行模擬開挖支護(hù)施工工序的設(shè)計(jì)，如表4所示。

圖2 等效超載模型開挖前、后示意圖

表4 模擬開挖支護(hù)施工工序

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)與工程項(xiàng)目施工的具體規(guī)范、要求，在保證構(gòu)筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全的前提下，在基坑周圍布置測(cè)點(diǎn)，各邊位置每間隔10m～15m 設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每邊必須保證有一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)，在基坑的拐角位置、四周分別設(shè)置一組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以此種方式，監(jiān)測(cè)在施工過(guò)程中基坑周邊的沉降、位移[4]。為確保施工中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，參照表5設(shè)計(jì)基坑周邊環(huán)境在監(jiān)測(cè)中的預(yù)警值。

表5 基坑周邊環(huán)境在監(jiān)測(cè)中的預(yù)警值

通過(guò)實(shí)時(shí)記錄各個(gè)施工工序下測(cè)點(diǎn)的位移、變形、沉降，繪制不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)位連續(xù)變形情況，以該方式，掌握聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)是否能在工程項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮預(yù)期作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工中的數(shù)值模擬。

為實(shí)現(xiàn)在工程領(lǐng)域?qū)Υ朔N聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行推薦與應(yīng)用，在后續(xù)的工作中，可從規(guī)范深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工入手，發(fā)揮聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的更高效能與價(jià)值[5]。需要注意以下幾點(diǎn)：①安全：施工前應(yīng)充分考慮地質(zhì)條件、地下水狀況、周邊環(huán)境等因素，選擇合適的支護(hù)方式，確保施工安全；②質(zhì)量：嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，確保制作、運(yùn)輸、安裝等環(huán)節(jié)符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，以提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和穩(wěn)定性；③施工順序：按照設(shè)計(jì)要求的施工順序進(jìn)行施工，確保各工序的銜接順暢，避免因施工順序不當(dāng)導(dǎo)致的事故。

2 深基坑土釘墻與樁錨聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1 支護(hù)樁間隔距離優(yōu)化

對(duì)于深基坑施工而言，支護(hù)樁之間的距離設(shè)置合理性起到較大的決定性作用。在正?；娱_挖施工模型中，原有的支護(hù)樁結(jié)構(gòu)間隔距離為1.5m[6]。在此基礎(chǔ)上，間隔距離分別為1.2m、1.5m 和1.8m，三種條件下的基坑施工周圍環(huán)境變形情況進(jìn)行對(duì)比分析，以此確定最佳的支護(hù)樁間隔距離。在深基坑開挖區(qū)域范圍內(nèi)，從地表提取多個(gè)點(diǎn)對(duì)其沉降情況進(jìn)行測(cè)定，并以此得到不同支護(hù)樁間隔距離基坑地表沉降變化曲線圖，如圖3。

圖3 不同支護(hù)樁間隔距離基坑地表沉降變化曲線圖

結(jié)合圖3 中三條曲線可以看出，與深基坑開挖位置相距越遠(yuǎn)，地表沉降越明顯。在距離基坑邊緣26m 的位置上，基坑地表沉降量最大，沉降絕對(duì)值按照間隔距離為1.2m、1.5m 和1.8m 排 序，分 別 為1.86m、2.46m、3.34m。隨著距離的進(jìn)一步增加，沉降絕對(duì)值呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)，在距離基坑邊緣90m 的位置上，沉降絕對(duì)值最小。同時(shí)，三種不同的支護(hù)樁間隔距離條件下，地表沉降的總體變化趨勢(shì)一致，均為先增加后減小的趨勢(shì)。由以上比較可知，采用不同的樁距，其變形趨勢(shì)大致相同，但其幅度隨樁間距的增加而有所改變，一般呈現(xiàn)出隨距離增加而增加的趨勢(shì)[7]。在1.2m 的支護(hù)樁間隔距離情況下，產(chǎn)生的沉降均小于15m和1.8m條件下的地表沉降，其中1.8m 支護(hù)樁間隔距離條件下，地表沉降量最大。因此，綜合上述分析可以得出，支護(hù)樁間隔距離取1.2m 時(shí)，此時(shí)可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑施工周圍地表沉降的控制[8]。但在這一過(guò)程中考慮沉降范圍誤差較小，同時(shí)為了節(jié)省工程造價(jià)，對(duì)支護(hù)樁間隔距離的設(shè)置選取1.8m。

2.2 支護(hù)樁嵌固深度優(yōu)化

項(xiàng)目擬選取12m、9m、6m，三種支護(hù)樁作為研究對(duì)象，研究不同嵌入深度對(duì)地面與支護(hù)結(jié)構(gòu)變形與應(yīng)力的影響。圖4表示了基坑支護(hù)樁嵌固深度的示意圖。

圖4 三種不同基坑支護(hù)樁嵌固深度方案示意圖

結(jié)合圖4 的三種不同基坑支護(hù)樁嵌固深度方案，分別記錄不同支護(hù)樁嵌固深度下基坑形變量，如表6。

表6 不同支護(hù)樁嵌固深度下基坑形變量

結(jié)合表6 的數(shù)據(jù)對(duì)不同支護(hù)樁嵌固深度條件下的基坑變形情況進(jìn)行分析。支護(hù)樁嵌入深度越大，地面最大沉降越小，樁頂?shù)呢Q向位移越小，樁頂?shù)乃轿灰坪蛷澗卦叫?。研究表明，適當(dāng)?shù)募庸躺疃瓤梢蕴岣呋拥姆€(wěn)定性，但當(dāng)加固深度超出一定的程度時(shí)，其對(duì)基坑的穩(wěn)定作用就會(huì)降低，如果再加大的話，不僅造價(jià)會(huì)更高，而且效率也會(huì)降低?？傊?，在確定支護(hù)樁嵌固深度時(shí)，以9m的嵌固深度最佳，實(shí)現(xiàn)對(duì)支護(hù)樁嵌固深度的優(yōu)化。

3 結(jié)束語(yǔ)

在深基坑工程施工中，支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇和使用對(duì)于保障施工安全和穩(wěn)定性有重要意義。深基坑土釘墻與樁錨聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)是一種常用的支護(hù)方式，此種支護(hù)方式結(jié)合了土釘墻和樁錨的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的支護(hù)效果。

在未來(lái)的發(fā)展中，隨著工程技術(shù)不斷創(chuàng)新和完善，深基坑土釘墻與樁錨聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)將會(huì)得到進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)，以適應(yīng)更高的安全性和穩(wěn)定性要求。同時(shí)，隨著對(duì)地下空間利用的日益重視，深基坑工程將不斷增多，這種聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用將具有更為廣闊的前景。