基于PLAXIS 2D 的棗陽某深基坑支護(hù)工程數(shù)值分析

張寬,莊順建

(中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司,武漢430071)

1 引言

隨著現(xiàn)代化城市發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn), 地下空間因高層建筑不斷增加而被開發(fā)利用,基坑工程的深度、范圍及數(shù)量在大幅度增加。城市建設(shè)中的基礎(chǔ)工程施工需要面對周邊建筑多、風(fēng)險大等問題,對深基坑工程提出了更高的要求[1,2]。

有限元分析軟件已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到巖土工程變形和穩(wěn)定性計(jì)算中,但一般直接應(yīng)用軟件進(jìn)行計(jì)算,缺乏參數(shù)選擇及適用性分析過程。鑒于此,本文采用有限元數(shù)值模擬及傳統(tǒng)計(jì)算軟件對棗陽順城公園地下停車場深基坑結(jié)果進(jìn)行對比, 分析了PLAXIS 2D 模擬深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的可靠度, 可為類似工程及場區(qū)提供理論參考和設(shè)計(jì)依據(jù)。

2 工程概況

擬建項(xiàng)目位于棗陽市護(hù)城河兩岸,地下停車場分為2 層,平面形狀近似不規(guī)則梯形。 由于該深基坑范圍較大,故選取AA1 剖面作為本文的研究對象。 基坑重要性等級為2,引用鉆孔為TCZK34,孔頂絕對標(biāo)高為112.68 m,結(jié)構(gòu)±(0.00)m 處與計(jì)算地面的相對高差為0.35 m,最大開挖深度為6.4 m。

3 PIaxis 2D 基坑支護(hù)數(shù)值模擬

3.1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場條件、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境,所研究段即1 層地下室開挖區(qū)采用懸臂灌注樁支護(hù)體系,樁長15.5 m,樁徑1 200 mm,樁間距1 500 mm。樁后止水帷幕采用直徑為600 mm,間距為400 mm 的雙排咬合高壓旋噴樁。鉆孔灌注樁混凝土強(qiáng)度等級為C30。

3.2 計(jì)算模型及方案

利用Plaxis 2D 軟件，對上述基坑支護(hù)方案進(jìn)行數(shù)值模擬。引用鉆孔TCZK34 揭示地層，詳見表1。模型邊界條件如圖1所示，其中懸臂灌注樁采用板單元模擬，使用線彈性模型，土層運(yùn)用硬化模型，巖體的模型使用摩爾-庫侖，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。計(jì)算參數(shù)如表1 所示。

表1 巖土層基本計(jì)算參數(shù)

圖1 Plaxis 2D計(jì)算網(wǎng)格圖和邊界條件

圖2 Plaxis 2D有限元計(jì)算結(jié)果圖

4 結(jié)果分析

圖3 為基坑邊界條件及樁基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖，為驗(yàn)證Plaxis 2D 模擬基坑支護(hù)的可靠度，本文利用天漢基坑設(shè)計(jì)軟件（V2015.1）采用總應(yīng)力法且被動區(qū)無加固，計(jì)算樁排結(jié)構(gòu)包羅結(jié)果圖4 所示，其中最大位移發(fā)生在相對標(biāo)高-0.35 m（地面以下0 m），最大位移為33.2 mm；最大正向彎矩發(fā)生在相對標(biāo)高-11.17 m（地面以下10.82 m），數(shù)值為791 kN。采用數(shù)值模擬的方法得到了樁身最大位移為41.2 mm，發(fā)生在地表處；最大彎矩為883 kN，發(fā)生在地面以下11.5 m 處。

圖3 基坑邊界條件及樁基結(jié)構(gòu)示意圖

采用Plaxis 2D 計(jì)算出的位移及彎矩均比荷載結(jié)構(gòu)法計(jì)算出的位移略大，歸其原因與其采用的本構(gòu)模型以及參數(shù)密切相關(guān)，但總體計(jì)算結(jié)果趨勢與天漢軟件一致。

圖4 天漢基坑設(shè)計(jì)軟件（V2015.1）計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論與展望

采用Plaxis 2D 數(shù)值模擬基坑支護(hù)設(shè)計(jì)結(jié)果比天漢軟件略大，計(jì)算結(jié)果趨勢與后者保持一致，可與傳統(tǒng)方法比較驗(yàn)證后應(yīng)用，具有可靠度，可為類似工程及場區(qū)提供理論參考和設(shè)計(jì)依據(jù)。在后續(xù)研究工作中，可對基坑支護(hù)本構(gòu)模型進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)其適用性。