某深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形分析與數(shù)值模擬

某深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形分析與數(shù)值模擬摘要為研究深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形特性，以新景世紀(jì)城基坑工程為例，采用數(shù)值模擬手段對(duì)該工程變形特性進(jìn)行了仿真分析，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了數(shù)值模型計(jì)算的準(zhǔn)確性，深入分析了深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響因素結(jié)果表明抗剪強(qiáng)度指標(biāo)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(zhǎng)度，可以有效的抑制基坑位移，但是增加到一定程度時(shí)，這種抑制基坑變形的效果不但十分有限，還會(huì)大大增加成本消耗；錨桿傾角在15左右時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較小DEFORMATIONANALYSISANDNUMERICALSIMULATIONOFADEEPFOUNDATIONPITSUPPORTINGSTRUCTUREABSTRACTTOSTUDYSUPPORTINGSTRUCTUREDEFORMATIONHARACTERISTICOFDEEPFOUNDATIONPIT,THISPAPERTOOKTHENEWCENTURYCITYFOUNDATIONPITENGINEERINGASANEXAMPLE,ANDANALYZEDTHEENGINEERINGDEFORMATIONCHARACTERISTICBYNUMERICALSIMULATIONTHEACCURACYOFTHENUMERICALMODELCALCULATIONWASVERIFIEDBYFIELDMONITORINGDATAUSINGTHISMODEL,THEINFLUENCESOFDEFORMATIONWEREDEEPLYANALYZEDBYDEEPFOUNDATIONPITSUPPORTINGSTRUCTUREDEFORMATION,BOLTLENGTHANDDIPANGLETHERESULTSSHOWTHATTHEINFLUENCESOFCOHESIONANDFRICTIONANGLEARENOTOBVIOUSTHEBIGGERTHEEMBEDDEDDEPTHOFTHESUPPORTINGSTRUCTUREBIGGER,THESMALLERTHEDEFORMATIONOFSUPPORTINGSTRUCTURETOMAINTAINTHEECONOMICANDNECESSARYRELIABILITY,THEMINIMUMEMBEDDEDDEPTHCANMEETTHESTRUCTURALSTABILITYTHEPILEDIAMETERINCREASEDANDTHEDEFORMATIONOFSUPPORTINGSTRUCTUREREDUCEDWHENTHEDIAMETEROFTHEPILEISLARGEENOUGH,THEDEFORMATIONOFTHESUPPORTINGSTRUCTUREISSMALL,ANDTHEINCLINATIONOFTHEBOLTISLARGE,THENTHEDEFORMATIONOFTHESUPPORTINGSTRUCTUREBECOMELARGEWHENTHEINCLINATIONANGLEOFANCHORRODISABOUT15,THEDEFORMATIONOFSUPPORTINGSTRUCTUREISSMALLKEYWORDSDEEPFOUNDATIONPITSUPPORTINGFOUNDATIONEXCAVATIONSTRUCTURALDEFORMATIONSIMULATIONANALYSIS關(guān)鍵詞深基坑；支護(hù)；基坑開挖；結(jié)構(gòu)變形；仿真分析0引言隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，地面建筑物的規(guī)模越來越大，進(jìn)而對(duì)基坑工程的要求也不斷增加，深基坑支護(hù)穩(wěn)定性問題也日趨復(fù)雜13深基坑工程屬臨時(shí)性工程，其技術(shù)復(fù)雜性遠(yuǎn)高于永久性的基礎(chǔ)施工，施工或外荷載等因素的擾動(dòng)所很可能引起支護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)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(jì)城深基坑支護(hù)工程為研究對(duì)象，通過建立有限元分析的數(shù)學(xué)模型，對(duì)工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬分析，深入研究影響基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形的因素，以期為相關(guān)工程優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)提供借鑒1工程概況擬建場(chǎng)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(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為樁箱基礎(chǔ)該工程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，場(chǎng)地復(fù)雜程度為乙級(jí)場(chǎng)地土體類型為中軟場(chǎng)地土，建筑場(chǎng)地類別為類場(chǎng)地地貌類型屬剝蝕丘陵，地形起伏不大，成緩坡地勢(shì)，由南向北逐漸傾斜場(chǎng)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(fēng)化混合巖組成本場(chǎng)地在鉆探深度內(nèi)遇見一層地下水，地下水類型為上層滯水穩(wěn)定水位（每個(gè)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(zhì)粘土層中水量不大，隨季節(jié)變化很大，其主要補(bǔ)給來源為大氣降水本場(chǎng)地在13號(hào)鉆孔中取水樣，根據(jù)水質(zhì)分析試驗(yàn)結(jié)果表明，該場(chǎng)地地下水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性，對(duì)混泥土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性2新景世紀(jì)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(yīng)，選取離計(jì)算邊緣四周70M、距坑底30M作為邊界按設(shè)計(jì)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(hù)結(jié)構(gòu)包括地下灌注樁和錨索等，建模時(shí)采用等剛度法，具體等效成地下連續(xù)墻原理如下設(shè)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(zhǎng)為DT的地下連續(xù)墻，設(shè)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(cè)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(zhì)條件分為4層，材料參數(shù)按表1選取，材料模型采用MOHRCOULOMB8節(jié)點(diǎn)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(yùn)用ADINA有限元軟件建立數(shù)值分析模型，見圖1圖1有限元分析模型本數(shù)值模型是在考慮原地應(yīng)力存在、開挖后應(yīng)力失效及灌注樁和錨桿應(yīng)力施加的基礎(chǔ)上，設(shè)置時(shí)間步8個(gè)，步長(zhǎng)為12，分三層進(jìn)行數(shù)值仿真模擬開挖深基坑表1土層材料參數(shù)土層彈性模量/MPA粘聚力/KPA內(nèi)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(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比在深基坑周圍共設(shè)置20個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，選取其中4個(gè)有代表性的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，見圖2，采用這4組基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形實(shí)測(cè)值與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析4個(gè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)值與模擬值比較見圖3圖5，A點(diǎn)處變形持續(xù)增大，點(diǎn)B、點(diǎn)C位移值較小，且達(dá)到峰值后位移值又有所減小由于開挖支護(hù)過程中非常重視基坑陽(yáng)角位置，為防止變形陡增采取及時(shí)支護(hù)，因此在點(diǎn)C4D時(shí)位移達(dá)到峰值后又下降，是開挖形成的位移被支護(hù)措施及時(shí)控制的表現(xiàn)，點(diǎn)B距離點(diǎn)C較近，變形規(guī)律相同點(diǎn)A由于在基坑長(zhǎng)邊，導(dǎo)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(hù)強(qiáng)度，控制位移進(jìn)一步發(fā)展（點(diǎn)D變形特點(diǎn)與點(diǎn)A相同，圖略）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)變形值與模擬值較為符合，證明該數(shù)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(qiáng)度指標(biāo)影響為研究土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響，選取在原粘聚力數(shù)值上增大0，10，30，50，選取摩擦角分別為15、20、25、30，通過數(shù)值模擬研究支護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)最大位移逐漸變小，內(nèi)摩擦角越大，支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大位移越小結(jié)果表明，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)越大，對(duì)于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形約束效果也就越好，因?yàn)橥馏w自身穩(wěn)定性提高了，但隨著抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的增加，對(duì)于位移約束效果越發(fā)不明顯，所以有足夠的支護(hù)強(qiáng)度是基坑穩(wěn)定施工的必要條件32灌注樁對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響通過數(shù)值模擬改變模型的樁徑、嵌固深度等參數(shù)，對(duì)應(yīng)提取基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移值，進(jìn)一步研究灌注樁對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)的位移越小，但嵌固深度達(dá)到6M后，最大位移值影響變小因此，嵌固深度必須滿足設(shè)計(jì)要求分析圖9得出，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)位移隨著樁徑的增大而減小，主要是因?yàn)闃稄降脑龃筇岣吡酥ёo(hù)結(jié)構(gòu)剛度，但過大樁徑對(duì)于支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的抑制并不明顯顯然，一味增加樁徑來減小支護(hù)結(jié)構(gòu)變形并不經(jīng)濟(jì)33錨桿參數(shù)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響通過數(shù)值模擬改變模型的錨桿傾角、長(zhǎng)度等參數(shù)，對(duì)應(yīng)提取基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移值，進(jìn)一步研究錨桿對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響規(guī)律，具體見圖10、圖11分析圖10得出，支護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)最大位移隨著錨桿長(zhǎng)度的增大而減小，主要是錨桿越長(zhǎng)，形成的錨固力越大的緣故，但從圖11中看出，錨桿長(zhǎng)度達(dá)到12M后，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)位移控制趨緩4結(jié)論（1）相同深度下越接近于基坑中點(diǎn)，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(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)越接近地表變形越大，越接近于坑底變形越?。?）土體抗剪強(qiáng)度越大，對(duì)于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形約束效果越好，因?yàn)橥馏w自身穩(wěn)定性提高了，但是隨著抗剪強(qiáng)度的增加，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)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(zhǎng)度，可以有效的抑制基坑位移，但是增加到一定程度時(shí)，抑制基坑變形的效果不但有限，還會(huì)增加成本參考文獻(xiàn)1張淑坤,張向東,李永靖,等深水基礎(chǔ)組合樁圍護(hù)體系設(shè)計(jì)與應(yīng)急處理技術(shù)J中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),201471301342王洪德,秦玉賓,崔鐵軍,等深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)J遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版,2013,32114183朱志華,劉濤,單紅仙土巖結(jié)合條件下深基坑支護(hù)方式研究J巖土力學(xué),2010,3246196234劉均紅