某深基坑支護結構變形分析與數值模擬

某深基坑支護結構變形分析與數值模擬摘要為研究深基坑支護結構變形特性，以新景世紀城基坑工程為例，采用數值模擬手段對該工程變形特性進行了仿真分析，運用現(xiàn)場監(jiān)測數據驗證了數值模型計算的準確性，深入分析了深基坑支護結構變形的影響因素結果表明抗剪強度指標越大，基坑位移越小，但不是特別明顯；增加灌注樁的樁徑、嵌固深度和錨桿長度，可以有效的抑制基坑位移，但是增加到一定程度時，這種抑制基坑變形的效果不但十分有限，還會大大增加成本消耗；錨桿傾角在15左右時，支護結構變形較小DEFORMATIONANALYSISANDNUMERICALSIMULATIONOFADEEPFOUNDATIONPITSUPPORTINGSTRUCTUREABSTRACTTOSTUDYSUPPORTINGSTRUCTUREDEFORMATIONHARACTERISTICOFDEEPFOUNDATIONPIT,THISPAPERTOOKTHENEWCENTURYCITYFOUNDATIONPITENGINEERINGASANEXAMPLE,ANDANALYZEDTHEENGINEERINGDEFORMATIONCHARACTERISTICBYNUMERICALSIMULATIONTHEACCURACYOFTHENUMERICALMODELCALCULATIONWASVERIFIEDBYFIELDMONITORINGDATAUSINGTHISMODEL,THEINFLUENCESOFDEFORMATIONWEREDEEPLYANALYZEDBYDEEPFOUNDATIONPITSUPPORTINGSTRUCTUREDEFORMATION,BOLTLENGTHANDDIPANGLETHERESULTSSHOWTHATTHEINFLUENCESOFCOHESIONANDFRICTIONANGLEARENOTOBVIOUSTHEBIGGERTHEEMBEDDEDDEPTHOFTHESUPPORTINGSTRUCTUREBIGGER,THESMALLERTHEDEFORMATIONOFSUPPORTINGSTRUCTURETOMAINTAINTHEECONOMICANDNECESSARYRELIABILITY,THEMINIMUMEMBEDDEDDEPTHCANMEETTHESTRUCTURALSTABILITYTHEPILEDIAMETERINCREASEDANDTHEDEFORMATIONOFSUPPORTINGSTRUCTUREREDUCEDWHENTHEDIAMETEROFTHEPILEISLARGEENOUGH,THEDEFORMATIONOFTHESUPPORTINGSTRUCTUREISSMALL,ANDTHEINCLINATIONOFTHEBOLTISLARGE,THENTHEDEFORMATIONOFTHESUPPORTINGSTRUCTUREBECOMELARGEWHENTHEINCLINATIONANGLEOFANCHORRODISABOUT15,THEDEFORMATIONOFSUPPORTINGSTRUCTUREISSMALLKEYWORDSDEEPFOUNDATIONPITSUPPORTINGFOUNDATIONEXCAVATIONSTRUCTURALDEFORMATIONSIMULATIONANALYSIS關鍵詞深基坑；支護；基坑開挖；結構變形；仿真分析0引言隨著經濟飛速發(fā)展，地面建筑物的規(guī)模越來越大，進而對基坑工程的要求也不斷增加，深基坑支護穩(wěn)定性問題也日趨復雜13深基坑工程屬臨時性工程，其技術復雜性遠高于永久性的基礎施工，施工或外荷載等因素的擾動所很可能引起支護結構受力過大、位移超限而發(fā)生種種意外4深基坑開挖研究涉及諸多方面問題，如基坑自身穩(wěn)定問題、支護結構穩(wěn)定問題及周圍臨近建筑物、地下管線穩(wěn)定問題等516本文以新景世紀城深基坑支護工程為研究對象，通過建立有限元分析的數學模型，對工程進行動態(tài)模擬分析，深入研究影響基坑支護結構應力及變形的因素，以期為相關工程優(yōu)化支護設計參數提供借鑒1工程概況擬建場地位于鞍山鐵東區(qū)，園林路西、新華街南該擬建商住樓，地上2134層，地下室2層，樓高100M，采用框剪結構，基礎形式為樁箱基礎該工程地基基礎設計等級為甲級，場地復雜程度為乙級場地土體類型為中軟場地土，建筑場地類別為類場地地貌類型屬剝蝕丘陵，地形起伏不大，成緩坡地勢，由南向北逐漸傾斜場地地層由第四系全新統(tǒng)人工堆積層雜填土、第四系全新統(tǒng)沖擊層粘性土以及風化混合巖組成本場地在鉆探深度內遇見一層地下水，地下水類型為上層滯水穩(wěn)定水位（每個鉆孔均見）埋深2031M，穩(wěn)定水位高程為48655236M，賦存于雜填土和粉質粘土層中水量不大，隨季節(jié)變化很大，其主要補給來源為大氣降水本場地在13號鉆孔中取水樣，根據水質分析試驗結果表明，該場地地下水對鋼結構有弱腐蝕性，對混泥土和鋼筋混凝土結構中的鋼筋無腐蝕性2新景世紀城基坑工程三維有限元模擬21模型的建立為避免模擬的邊界效應，選取離計算邊緣四周70M、距坑底30M作為邊界按設計要求施加周邊建筑附屬荷載115KPA，公路車輛荷載按5KN/M2取值深基坑支護結構包括地下灌注樁和錨索等，建模時采用等剛度法，具體等效成地下連續(xù)墻原理如下設灌注樁中心間距為T，樁直徑為D，因此，單根灌注樁可等效成長為DT的地下連續(xù)墻，設等效墻厚度為H，則二者按等剛度原則可等效為,14361T12D公式中，DT80H模型側面采用水平約束，底面為固定約束，頂面為自由約束土層按地質條件分為4層，材料參數按表1選取，材料模型采用MOHRCOULOMB8節(jié)點六面體單元，錨索鋼筋采用REBAR單元，不考慮樁間土體相互作用，按照剛度等效原理，運用ADINA有限元軟件建立數值分析模型，見圖1圖1有限元分析模型本數值模型是在考慮原地應力存在、開挖后應力失效及灌注樁和錨桿應力施加的基礎上，設置時間步8個，步長為12，分三層進行數值仿真模擬開挖深基坑表1土層材料參數土層彈性模量/MPA粘聚力/KPA內摩擦角/（）泊松比密度/KG）3M素填土91611021760粉土144317021850中砂2612340251650礫石351237025195022模擬結果與監(jiān)測數據對比在深基坑周圍共設置20個監(jiān)測點，選取其中4個有代表性的監(jiān)測點，見圖2，采用這4組基坑支護結構變形實測值與數值模擬結果進行對比分析4個點位監(jiān)測值與模擬值比較見圖3圖5，A點處變形持續(xù)增大，點B、點C位移值較小，且達到峰值后位移值又有所減小由于開挖支護過程中非常重視基坑陽角位置，為防止變形陡增采取及時支護，因此在點C4D時位移達到峰值后又下降，是開挖形成的位移被支護措施及時控制的表現(xiàn)，點B距離點C較近，變形規(guī)律相同點A由于在基坑長邊，導致了較大的變形，甚至接近16MM，因此后期加大了該位置的支護強度，控制位移進一步發(fā)展（點D變形特點與點A相同，圖略）現(xiàn)場監(jiān)測變形值與模擬值較為符合，證明該數值模型精度符合要求3基坑開挖變形因素分析31土體抗剪強度指標影響為研究土體抗剪強度指標對支護結構變形的影響，選取在原粘聚力數值上增大0，10，30，50，選取摩擦角分別為15、20、25、30，通過數值模擬研究支護結構最大水平位移值變化規(guī)律見圖6、圖7，隨著土體粘聚力的增大，支護結構最大位移逐漸變小，內摩擦角越大，支護結構的最大位移越小結果表明，抗剪強度指標越大，對于基坑支護結構變形約束效果也就越好，因為土體自身穩(wěn)定性提高了，但隨著抗剪強度指標的增加，對于位移約束效果越發(fā)不明顯，所以有足夠的支護強度是基坑穩(wěn)定施工的必要條件32灌注樁對支護結構的影響通過數值模擬改變模型的樁徑、嵌固深度等參數，對應提取基坑支護結構最大位移值，進一步研究灌注樁對支護結構變形的影響規(guī)律，具體見圖8、圖9分析圖8得出，隨著嵌固深度的增大，深基坑支護結構的位移越小，但嵌固深度達到6M后，最大位移值影響變小因此，嵌固深度必須滿足設計要求分析圖9得出，深基坑支護結構位移隨著樁徑的增大而減小，主要是因為樁徑的增大提高了支護結構剛度，但過大樁徑對于支護結構變形的抑制并不明顯顯然，一味增加樁徑來減小支護結構變形并不經濟33錨桿參數對支護結構的影響通過數值模擬改變模型的錨桿傾角、長度等參數，對應提取基坑支護結構最大位移值，進一步研究錨桿對支護結構變形的影響規(guī)律，具體見圖10、圖11分析圖10得出，支護結構最大位移隨著錨桿傾角的增大而變大，主要是隨著傾角的變大，錨桿的水平分力減小的緣故，從圖10中可看出，錨桿傾角在1025，約束效果較好由圖11可知，支護結構最大位移隨著錨桿長度的增大而減小，主要是錨桿越長，形成的錨固力越大的緣故，但從圖11中看出，錨桿長度達到12M后，對支護結構位移控制趨緩4結論（1）相同深度下越接近于基坑中點，位移變形越大，越接近于基坑陰角變形越小相同位置不同深度時，支護結構越接近地表變形越大，越接近于坑底變形越?。?）土體抗剪強度越大，對于基坑支護結構變形約束效果越好，因為土體自身穩(wěn)定性提高了，但是隨著抗剪強度的增加，對支護結構的約束效果越不明顯（3）增加灌注樁的樁徑、嵌固深度和錨桿長度，可以有效的抑制基坑位移，但是增加到一定程度時，抑制基坑變形的效果不但有限，還會增加成本參考文獻1張淑坤,張向東,李永靖,等深水基礎組合樁圍護體系設計與應急處理技術J中國安全生產科學技術,201471301342王洪德,秦玉賓,崔鐵軍,等深基坑圍護結構變形遠程監(jiān)測預警系統(tǒng)J遼寧工程技術大學學報自然科學版,2013,32114183朱志華,劉濤,單紅仙土巖結合條件下深基坑支護方式研究J巖土力學,2010,3246196234劉均紅