深基坑開(kāi)挖與支護(hù)的有限元數(shù)值分析

劉蘭蘭 李曉樂(lè) 長(zhǎng)春建筑學(xué)院 130607

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深基坑開(kāi)挖與支護(hù)的有限元數(shù)值分析

劉蘭蘭 李曉樂(lè) 長(zhǎng)春建筑學(xué)院 130607

【文章摘要】

本文以鴻升深基坑工程為背景，針對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及土壓力的性狀進(jìn)行了研究，并運(yùn)用GTS大型有限元軟件對(duì)實(shí)際工程在分步開(kāi)挖過(guò)程中的位移場(chǎng)、內(nèi)力的分布進(jìn)行了分析，為同類(lèi)工程提供有意義的參考。

【關(guān)鍵詞】

基坑開(kāi)挖；有限元；分析

0 前言

基坑工程是一個(gè)具有鮮明的時(shí)代特征而又歷史悠久的工程問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展地面可用土地的緊張，地下工程大量出現(xiàn)，對(duì)基坑工程特別是深基坑工程提出了更高的要求，隨之出現(xiàn)了許多工程事故，需要設(shè)計(jì)人員從一個(gè)新的高度度研究這一課題，同時(shí)許多新技術(shù)新方法也不斷的涌現(xiàn)。有限單元法由于能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的情況，能夠?qū)⒐こ瘫旧砼c周?chē)h(huán)境結(jié)合起來(lái)考慮，使得其在基坑工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

1 工程概況

本工程位于長(zhǎng)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(chǎng)地條件

圖1　計(jì)算簡(jiǎn)圖

擬建基坑開(kāi)挖深度9m，場(chǎng)地土質(zhì)信息如表1所示。

表1　土的基本物理力學(xué)性質(zhì)

1.2支護(hù)方案

該工程采用灌注樁加單層預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，其中灌注樁直徑為600mm，長(zhǎng)為14m，水平間距為1.5m，錨桿參數(shù)如表2所示。

表2　錨桿的物理參數(shù)

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

2 計(jì)算結(jié)果

2.1模擬方案

為了保證基坑周邊建筑及地下管線(xiàn)的安全，施工過(guò)程需進(jìn)對(duì)基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)及周?chē)馏w的變形進(jìn)行控制，因此采用合適的分布開(kāi)挖的施工至關(guān)重要。本文針對(duì)基坑開(kāi)挖中常用的分步開(kāi)挖方法應(yīng)用大型有限元軟件邁達(dá)斯，將基坑的開(kāi)挖模擬分六步進(jìn)行。首先計(jì)算開(kāi)挖之前的初始應(yīng)力場(chǎng)（此步驟位移清零），第二步進(jìn)行放坡開(kāi)挖，第三步進(jìn)行支護(hù)樁的施工，第四部開(kāi)挖至錨桿下0.5m處，第五步進(jìn)行錨桿施工，最后一步開(kāi)挖至基坑底面。

在進(jìn)行基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬時(shí)按二維問(wèn)題處理，一般是偏于安全的，所以本文采用二維有限元法來(lái)模擬本基坑工程。

2.2邁達(dá)斯GTS計(jì)算結(jié)果

考慮到基坑開(kāi)挖的影響范圍，本基坑寬68m，進(jìn)行有限元模擬計(jì)算時(shí)取計(jì)算寬度為140m，基坑開(kāi)挖深度9m，取計(jì)算深度為25m。在進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，為盡可能接近實(shí)際工程情況，支護(hù)樁根據(jù)其受力特點(diǎn)，選用梁結(jié)構(gòu)來(lái)模擬，錨桿固定段采用軟件中的植入式桁架來(lái)模擬錨桿錨固體與周?chē)馏w的摩擦力。邊界條件選取為地面支撐，網(wǎng)格劃分如圖3所示。

圖3　網(wǎng)格劃分

本過(guò)程分3步進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)。分三個(gè)階段進(jìn)行開(kāi)挖，第一階段開(kāi)挖深度為1米的放坡開(kāi)挖；第二階段開(kāi)挖至6.5米，即錨桿下0.5m處，并設(shè)置一道錨桿；第三階段開(kāi)挖到底面。

3 GTS計(jì)算分析

本文分別運(yùn)用了邁達(dá)斯GTS軟件對(duì)鴻升基坑工程進(jìn)行分析計(jì)算，下面重點(diǎn)從鉆孔灌注樁在不同工況下的側(cè)移情況進(jìn)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(jì)算中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)在每次開(kāi)挖后樁底都有一定的側(cè)移。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張建標(biāo).混凝土鉆孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的技術(shù)分析:(碩士學(xué)位論文).浙江:浙江大學(xué)，2007.

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

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