深基坑開挖與支護的有限元數值分析

劉蘭蘭 李曉樂 長春建筑學院 130607

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深基坑開挖與支護的有限元數值分析

劉蘭蘭 李曉樂 長春建筑學院 130607

【文章摘要】

本文以鴻升深基坑工程為背景，針對基坑開挖過程中支護結構的變形及土壓力的性狀進行了研究，并運用GTS大型有限元軟件對實際工程在分步開挖過程中的位移場、內力的分布進行了分析，為同類工程提供有意義的參考。

【關鍵詞】

基坑開挖；有限元；分析

0 前言

基坑工程是一個具有鮮明的時代特征而又歷史悠久的工程問題。隨著經濟的不斷發展地面可用土地的緊張，地下工程大量出現，對基坑工程特別是深基坑工程提出了更高的要求，隨之出現了許多工程事故，需要設計人員從一個新的高度度研究這一課題，同時許多新技術新方法也不斷的涌現。有限單元法由于能夠適應各種復雜的情況，能夠將工程本身與周圍環境結合起來考慮，使得其在基坑工程中的應用越來越廣泛。

1 工程概況

本工程位于長春市，建筑物主體部分地面以上20層，地下2層，共63m高。

1.1場地條件

圖1　計算簡圖

擬建基坑開挖深度9m，場地土質信息如表1所示。

表1　土的基本物理力學性質

1.2支護方案

該工程采用灌注樁加單層預應力錨桿的支護結構形式，其中灌注樁直徑為600mm，長為14m，水平間距為1.5m，錨桿參數如表2所示。

表2　錨桿的物理參數

樁錨支護結構布置如圖1所示。

2 計算結果

2.1模擬方案

為了保證基坑周邊建筑及地下管線的安全，施工過程需進對基坑的支護結構及周圍土體的變形進行控制，因此采用合適的分布開挖的施工至關重要。本文針對基坑開挖中常用的分步開挖方法應用大型有限元軟件邁達斯，將基坑的開挖模擬分六步進行。首先計算開挖之前的初始應力場（此步驟位移清零），第二步進行放坡開挖，第三步進行支護樁的施工，第四部開挖至錨桿下0.5m處，第五步進行錨桿施工，最后一步開挖至基坑底面。

在進行基坑支護結構的數值模擬時按二維問題處理，一般是偏于安全的，所以本文采用二維有限元法來模擬本基坑工程。

2.2邁達斯GTS計算結果

考慮到基坑開挖的影響范圍，本基坑寬68m，進行有限元模擬計算時取計算寬度為140m，基坑開挖深度9m，取計算深度為25m。在進行模擬計算時，為盡可能接近實際工程情況，支護樁根據其受力特點，選用梁結構來模擬，錨桿固定段采用軟件中的植入式桁架來模擬錨桿錨固體與周圍土體的摩擦力。邊界條件選取為地面支撐，網格劃分如圖3所示。

圖3　網格劃分

本過程分3步進行開挖支護。分三個階段進行開挖，第一階段開挖深度為1米的放坡開挖；第二階段開挖至6.5米，即錨桿下0.5m處，并設置一道錨桿；第三階段開挖到底面。

3 GTS計算分析

本文分別運用了邁達斯GTS軟件對鴻升基坑工程進行分析計算，下面重點從鉆孔灌注樁在不同工況下的側移情況進行分析。

①最大位移值為32.8mm，位于基坑地面以下6m左右；

②在GTS計算中，圍護結構在每次開挖后樁底都有一定的側移。

【參考文獻】

[1]張建標.混凝土鉆孔灌注樁支護結構的技術分析:(碩士學位論文).浙江:浙江大學，2007.

[2]高文華，沈蒲生，楊林德.基坑開挖中地層移動的影響因素分析「J〕.巖石力學與工程學報，2002，21(8):1153一1157

[3]徐奴文，李俊杰.灌注樁深基坑的有限元計算及影響因素分析.鐵道建筑技術，2007(6):24一27.