基坑土釘墻支護數值模擬

張 萬 濤

(安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011)

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基坑土釘墻支護數值模擬

張 萬 濤

(安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011)

以某工程基坑設計為依托，通過FLAC-3D和國內的理正土釘支護設計軟件對基坑土釘墻支護進行了數值模擬，分析了基坑開挖和土釘支護下的位移情況和應力情況。

基坑,土釘墻支護,數值模擬，位移

基坑工程一直是巖土工程的一個重要課題，隨著城鎮化建設的推進，在軟土地區和砂卵石地區的深基坑工程中，土釘支護技術被越來越廣泛地運用。同時國內外眾多專家學者也對土釘墻支護的機理進行了研究，但是由于其綜合性和復雜性，當前對土釘體、面層和被加固土體等的相互作用機理缺乏系統科學的認識，對土釘支護對基坑邊坡土體位移和應力的影響缺乏深入的研究[1,2]。數值模擬方法的發展為深基坑中土釘墻支護提供了新的研究方法，從而解決了在深基坑開挖現場難以對土釘支護參數進行系統研究分析的難題，對基坑的支護設計具有較大的指導意義。

1 工程概況

某基坑工程地面絕對標高為33.63m～37.53m，原始地貌單元屬湘江沖積階地，擬建建筑物為兩棟塔樓和一座商業裙樓。基礎采用天然地基形式，埋深16m。地層及計算參數見表1。

表1 地層及計算參數

2 數值模擬結果及分析

2.1 基坑上部無支護開挖模擬

眾多工程實踐表明,基坑開挖在兩個方向上影響范圍大致相同。影響長度約為開挖深度的3倍～4倍，影響深度約為開挖深度的2倍～4倍。由于FLAC-3D中不存在力邊界條件，在初始應力場生成之前就要使模型達到力平衡狀態。土體采用brick模型，錨桿和土釘都采用Cable模型，土體性質采用Mohr-Coulomb本構模型。基坑開挖采用Null單元模擬。

計算模型高33.5m，寬1m，長50m，具體網格劃分等情況如圖1所示。無支護開挖產生的位移結果如圖2所示，由圖2可見基坑無支護開挖將產生沿著某一滑動面的滑動位移；最大位移出現在基坑中下部大約3.2m～3.8m的位置，可達50cm；基坑頂部的位移相對稍小，為42cm左右。

2.2 基坑土釘支護模擬

土釘支護模擬結果如圖3所示。由圖3可知：1)支護體后面的微小的豎直向上位移。這是由于第二排支護體為錨桿施加了預應力而且本次基坑模擬為先支護，后開挖，這樣造成了土體的壓縮，以及反向位移。監測計算過程中基坑頂部的位移曲線也顯示，確實有一段時間，基坑頂部水平位移出現過正值，但是隨著土釘力的施加，水平位移逐漸減小，然后由于支護過強，造成負向位移產生。當再次計算，增加計算步數的時候，位移會變成正值，并趨于穩定。2)支護體位移頂部較小，而中下部較大。實際工程中通過測定土釘墻的總體水平位移，可發現最大值一般出現在墻的上部，并向坡腳處遞減；離開墻面距離越大土釘墻內的水平位移越小。本文的模擬結果與上述結論出現了不同，這是由于支護強度較大引起的。3)開挖基坑底部向上位移。如圖3所示，基坑開挖后，基坑底部有很明顯的回彈、隆起。

以上三方面的位移，體現了土釘支護的效果。

2.3 土釘受力模擬分析

土釘受力分布情況如圖4所示，由圖4可見土釘的受力沿釘長方向分布不均勻，總體呈中間大、兩端小的規律，這也反映了土釘對土體的約束作用；土釘的內力最大值為44kN與理正深基坑土釘計算軟件計算得到的48.4kN相吻合，體現了數值模擬的有效性；土釘灌漿部分應力分布如圖5所示，由圖5可見與土釘應力呈現互補趨勢，兩頭大中間小的趨勢，這大概與土釘受力的前提條件是土體的滑動，然后靠土體與灌漿體之間的摩擦力來約束土體位移有關；土釘灌漿部分滑動如圖6所示，圖6中顯示，最開始滑動的是支護體后面的土釘灌漿體，然后接著滑動的是土釘尾部的灌漿體。這個與實際滑動的實際情況吻合較好。

3 結語

本文通過FLAC-3D數值模擬軟件實現了對某基坑工程開挖、支護全過程的模擬，并結合工程實際情況分析數值模擬的計算結果，研究討論了土釘墻支護結構的支護機理、基坑土體的變形規律。通過以上分析可得到以下結論：1)在無支護的情況下，邊坡將產生沿著某一滑動面的滑動位移；最大位移出現在基坑中下部大約3.2m～3.8m的位置，可達50cm；基坑頂部的位移相對稍小，為42cm左右。2)土釘墻支護形式下，最大位移發生在邊坡的中下部,坡頂的最大位移是6mm。計算結果滿足坡頂位移量為基坑深度3‰～5‰的要求。這也從另一個角度驗證了本設計的合理性。3)土釘沿釘長方向上受力分布總體呈中間大、兩端小的規律；灌漿部分應力呈兩頭大、中間小的規律，與土釘應力互補，這也說明了錨固效應的作用段位于土釘的中后部。

[1]談德明.基于FLAC的深基坑土釘墻支護數值模擬分析.中國水運(下半月),2009,9(7):251-252.

[2]牛中元.基于ANSYS的深基坑土釘墻支護數值模擬.山西建筑,2011,37(33):92-93.

[3]楊立超.土釘支護及其FLAC數值模擬.建筑技術開發,2003,30(9):46-48.

[4]周川杰.FLAC2D進行復合土釘支護穩定性分析.巖土工程界,2002,5(6):39-41.

[5]喬俊宇,徐國元.深基坑土釘支護數值模擬.江西有色金屬，2005，21(4)：17-19.

Numericalsimulationoffoundationpitsoil-nailingwallsupport

ZhangWantao

(Anhui Traffic Survey & Design Institute Co., Ltd, Hefei 230011, China)

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1009-6825(2015)21-0040-02

2015-05-15

張萬濤(1968- )，男，教授級高級工程師，注冊巖土工程師

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