深基坑桩-锚支护稳定性模拟研究

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1、深基坑桩-锚支护稳定性模拟研究宋烨刘艳东摘要：以分析深基坑支护理论为基础，概述了常用的几种计算基坑受力与变形的方法和有限元理论及其特点与适用范围。以石家庄市某工程为例，将深基坑的支护与开挖简化为平面应变问题来进行FLAC软件数值模拟计算。根据计算结果，分析支护结构的受力和变形规律。在此基础上，通过调整桩长作进一步计算，以分析桩长对支护结构变形的影响。得出合理的模拟结果，验证有限元模拟的合理性。关键词：深基坑；桩-锚支护；FLAC；数值模拟1引言21世纪以来，多种基坑支护类型得到了广泛的应用，联合支护也随之得到很多专业人士的青睐

2、，随之出现了时空效应理论，基坑支护技术有了飞速发展。高层建筑的大量兴起和城市地下空间的开发利用，使得深基坑开挖与支护难度日益增大，也促使了深基坑工程分析方法和施工工艺的发展。基坑工程的重要性和复杂性日益突出。目前的深基坑研究尚缺乏成熟技术规范的指导，主要是用半理论半经验的方法解决问题。在基坑工程支护设计中，经验公式相关系数的不合理选取，导致基坑事故时有发生。因此，加强对深基坑计算理论及数值模拟方法的研究，合理模拟深基坑工程的基本过程，提高其指导基坑工程实践的科学性，具有重要的理论和工程实践意义。2深基坑数值分析方法数值模拟分析

3、的核心是土的本构关系。计算机应用及计算技术手段的迅速发展极大地推动了非线性力学理论、数值计算方法和土工试验的快速发展，为在岩土工程中进行非线性、非弹性数值分析提供了可行性，这给土的本构关系的研究以极大的推动。目前岩土数值计算的方法归纳起来，主要有极限平衡法、有限元法、工程简化分析法和经验设计法等[1]。3桩-锚式支护结构计算理论3.1桩-锚支护的构成拉锚式围护结构由挡土结构与锚固部分组成。其挡土结构与悬臂式围护结构相同，主要为钢筋混凝土排桩或地下连续墙。一般大型深的基坑，周围有建筑物而不允许有较大的变形的基坑，以及不允许设内撑

4、的基坑，都可优先考虑选用拉锚式围护结构[2,3]。3.2桩-锚式支护结构计算方法多层锚杆支护桩的计算方法较多，例如等值梁法、山肩邦男法、二分之一分担法、逐层开挖支撑力不变法、弹性地基梁法(m法)、有限元算法等。其中等值梁法和弹性地基法在工程中较为常用[4]。3.3桩-锚支护结构稳定性分析在实际工程中不仅要对支护结构的荷载及其内力进行分析验算，还需要进行基坑稳定性验算。基坑的稳定性验算是基坑支护设计的重要内容之一，包括边坡整体稳定性、抗隆起稳定性、抗渗流稳定性验算等。基坑稳定性验算主要是计算基坑在内、外荷载作用下是否会丧失稳定，

5、即我们所说的失稳。深基坑整体稳定性分析实际上是对具有支护结构的深基坑土体的分析，通过分析确定保证深基坑土体稳定时的支护结构嵌固深度。常用的是瑞典条分法与毕肖甫条分法。4.工程实例4.1工程概况拟建建筑面积为134286m2，由两栋28层塔楼和5层裙房及地下车库组成，开挖深度约15.0～17.0m。±0.00标高为60.750m，基坑边缘地面平均标高相当于±0.00标高。预计采用框架剪力墙结构，基础形式为筏基或桩基。场地复杂程度等级为二级，地基复杂程度为二级，勘察等级为甲级，基坑四周距基坑4～10m存在上水、煤气、雨水、污水管线

6、。在技术保证和处理方面需要高度重视为防止降水引起附近地面沉降过大影响管线及周边建筑物的正常使用功能。4.2工程概况(1)根据该场地工程勘察结果，勘探深度范围内地层以第四系冲洪积及第三系冰积地层为主。基坑设计选用的参数详表1。表1各层土体和护坡桩及锚杆的物理力学参数层号及名称厚度（m）重度（kN/m3）粘聚力（kPa）内摩擦角（°）泊松比弹性模量（MPa）①层杂填土4.6819.06.010.00.353.0②层粉土5.7519.723.18.50.337.54③层粉质粘土2.7220.129.511.20.325.79④1层粉

7、砂2.4220.0224.50.3010④2层粗砂5.3920.023.30.2712⑤层卵石3.2521.0300.2713.5⑥层粉质粘土11.5320.630.412.60.3215.0桩混凝土25.00.225000锚杆0.3200000据区域水文地质资料，勘察场区地下水历年变化不大，略呈下降趋势。施工前采用井点降水法将地下水降至基坑开挖深度以下约0.5m。4.2数值分析4.2.1参数选取和模型确定由于本基坑开挖面较大，选取基坑南端作为分析对象，用FLAC进行数值模拟。该剖面开挖深度为16m，施工荷载15kPa，距坑边

8、缘3.0m，条形荷载宽度取15.0m，基坑开挖距护坡桩预留1200mm。护坡桩设计为：桩径φ1000mm，桩距1.40m，连梁顶位于地面，桩长23.0m，嵌固7.0m。设三层锚杆。基坑土体在护坡桩和锚杆作用下的变形与锚杆拉力及施工过程紧密相关，整个分析过程按照模拟基坑开挖，每