深基坑錨桿支護結(jié)構(gòu)中錨桿參數(shù)對深基坑變形影響有限元分析

柳國明

摘要：隨著我國城市的快速發(fā)展，地鐵等多種工程的規(guī)模和需求量不斷增多，因此深基坑的數(shù)量也隨之增多。在深基坑的多個工程中，由于錨桿支護取得的效果較好，因此廣泛應用于相應的深基坑工程中。本文通過對深基坑錨桿支護結(jié)構(gòu)的錨桿參數(shù)進行研究，明確不同參數(shù)下的錨桿對深基坑的不同影響，為深基坑錨桿在今后的優(yōu)化和提升提供借鑒和參考。本文通過有限元軟件建立不同的模型，對錨桿的錨固長度、錨桿傾角等錨桿參數(shù)在數(shù)值不同時對深基坑的變形影響進行分析，最終確定合理的參數(shù)范圍。

關(guān)鍵詞：深基坑;錨桿支護;錨桿參數(shù);深基坑變形;有限元

地鐵等多種工程的規(guī)模發(fā)展與人們的日常生活密切相關(guān)，且相關(guān)的深基坑類工程大多比較復雜、風險性較高，臨時性和地域性的特點尤其突出，因此必須要高度重視工程類的質(zhì)量和安全，其關(guān)系著人們的生命安全和財產(chǎn)安全，必須盡可能地減少事故的發(fā)生。錨桿支護結(jié)構(gòu)被用于對巖體進行加固，隨著相應的理論和實踐技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，在眾多的深基坑工程中得到廣泛的應用。本文對錨桿支護的錨桿參數(shù)進行研究，從而改善和提高錨桿支護技術(shù)，對建立的模型中的各個影響參數(shù)進行研究，明確影響深基坑的各個關(guān)鍵因素，從而保證深基坑工程的精確性，降低參數(shù)的改變可能引起的事故，降低深基坑工程的風險。通過對深基坑的變形因素進行研究，為今后的深基坑類工程提供了寶貴的實驗數(shù)據(jù)和參考經(jīng)驗，保證和實現(xiàn)工程設(shè)計的安全性和經(jīng)濟性[1-3]。

1 ? ?有限元軟件下模型的建立

利用有限元軟件Midas GTS NX建立相關(guān)模型，根據(jù)相應的設(shè)計技術(shù)和實踐經(jīng)驗，并根據(jù)影響和波及的范圍確定模型的長、寬、深度，分別為240 m、180 m、50 m。通過對整體的有限元計算，綜合考慮整體的空間效應、支護構(gòu)件、錨桿、立柱等，充分展現(xiàn)出材料的抗力性能，預應力錨桿支護的相關(guān)具體參數(shù)見表1。

通過上述設(shè)置的相關(guān)參數(shù)用模型對施工過程進行模擬，能夠較清晰地顯示出，基坑垂直坑壁的方向能夠發(fā)生較為顯著的變形，其中變形最大的為南側(cè)，在地表變形云圖中顯示出明顯的顏色變化由基坑的中心向外圍擴散，即基坑的中間位置為深色，而兩邊和下部的顏色為淺色。

2 ? ?錨桿參數(shù)對深基坑的變形影響

2.1 錨桿中錨固段長度對深基坑變形的影響

建立不同的對比模型，與上述建立的基本模型相比較，在錨桿中錨固段的長度不同對深基坑變形的不同影響。基本模型的參數(shù)值為表1的具體數(shù)據(jù)，共有3排預應力錨桿，改變錨固段的各個長度數(shù)值，計算出各個長度變化下的深基坑的水平位移值和地表沉降最大變化量的數(shù)值，結(jié)果分別為第一道自由段長度為7 m，錨固段長度15 m，總長度22 m，中間道自由段長度為5 m，錨固段長度13 m，總長度18 m，第三道自由段長度為5 m，錨固段長度12 m，總長度17 m，此時地表沉積最大值是5.32 mm，水平位移最大值為2.63 mm;當?shù)谝坏雷杂啥伍L度為7 m，錨固段長度20 m，總長度27 m，中間道自由段長度為5 m，錨固段長度18 m，總長度23 m，第三道自由段長度為5 m，錨固段長度17 m，總長度22 m，此時地表沉積最大值是5.12 mm，水平位移最大值為2.58 mm。

表1中基本模型的水平位移最大值為2.9 mm，地表沉積最大值為5.96 mm，由上述數(shù)據(jù)表明，隨著錨固段長度的增加，深基坑的變形程度隨之減小，且變化較顯著，但隨著長度的增加錨桿對深基坑變形的限制程度相應地降低。從表1中的數(shù)據(jù)得出，應將錨桿的錨固段長度設(shè)計在8～15 m的范圍內(nèi)，此時能夠最大程度地發(fā)揮錨桿的支護作用，并能實現(xiàn)安全性和經(jīng)濟性。

2.2 錨桿中錨桿的傾角參數(shù)變化對深基坑變形的影響

當錨桿的傾角度數(shù)為5°時，最大軸力為191.67 kN;當錨桿的傾角度數(shù)為10°時，最大軸力為204.38 kN;當錨桿的傾角度數(shù)為15°時，最大軸力為198.49 kN;當錨桿的傾角度數(shù)為20°時，最大軸力為190.43 kN;當錨桿的傾角度數(shù)為25°時，最大軸力為165.63 kN;當錨桿的傾角度數(shù)為30°時，最大軸力為158.20 kN。上述數(shù)據(jù)描述了不同的錨桿傾角變化下的最大軸力的變化值，由數(shù)據(jù)顯示由5°變?yōu)?0°時，錨桿的最大軸向力與傾角呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，傾角增加，最大軸向力增加;當傾角達到20°時，最大軸向力的數(shù)值達到最大，且隨著傾角增加，呈現(xiàn)下降的趨勢。其主要是由于對土體水平位移進行了限制，其限制拉力的產(chǎn)生主要是預應力錨桿的張拉所引起的。當延桿件方向的預應力相同時，隨著水平傾角度數(shù)的增加，其在水平方向的分力則相應減小，因此成為發(fā)揮作用不大的無效力;而在豎直方向上的分力較大，反而影響了支護結(jié)構(gòu)和下部的土體，當達到一定深度時，能夠?qū)εR近建筑物的地基造成一定的破壞。當增加錨桿角度時，預應力錨桿的作用效果先增加后減小，但傾角大于20°時，錨桿的支護效果大大降低，因此綜合多個因素，傾角的取值范圍為10°～20°。

2.3 錨桿中預應力參數(shù)變化對深基坑變形的影響

建立7組對比模型，其相應的結(jié)果如下：模型號1，第一道錨桿預應力為0 kN，第二道錨桿預應力為20 kN，第三道錨桿預應力為20 kN，此時水平位移最大值為23.3 mm，地表沉降最大值為13.71;模型號2，第一道錨桿預應力為50 kN，第二道錨桿預應力為70 kN，第三道錨桿預應力為70 kN，此時水平位移最大值為20.2 mm，地表沉降最大值為11.36;模型號3，第一道錨桿預應力為100 kN，第二道錨桿預應力為120 kN，第三道錨桿預應力為120 kN，此時水平位移最大值為17.5 mm，地表沉降最大值為9.79;模型號4，第一道錨桿預應力為150 kN，第二道錨桿預應力為170 kN，第三道錨桿預應力為170 kN，此時水平位移最大值為15.9 mm，地表沉降最大值為8.45;模型號5，第一道錨桿預應力為200 kN，第二道錨桿預應力為220 kN，第三道錨桿預應力為220 kN，此時水平位移最大值為15.0 mm，地表沉降最大值為7.93;模型號6，第一道錨桿預應力為250 kN，第二道錨桿預應力為270 kN，第三道錨桿預應力為270 kN，此時水平位移最大值為14.7 mm，地表沉降最大值為7.48;模型號7，第一道錨桿預應力為300 kN，第二道錨桿預應力為320 kN，第三道錨桿預應力為320 kN，此時水平位移最大值為14.7 mm，地表沉降最大值為7.23。

由上述數(shù)據(jù)可知，隨著預應力數(shù)值的增加，水平位移最大值和地表沉降最大值都隨之降低，當軸力增量低于100 kN，兩者的減少量與預應力的增加量呈現(xiàn)線性關(guān)系，因此當增加預應力時能夠顯著降低水平位移;但當軸力增量大于200 kN，深基坑的變形沒有發(fā)生明顯變化，因此在一定范圍內(nèi)，隨著軸力的增加深基坑的變形幅度降低[4-5]。

3 ? ?結(jié)語

本文對錨桿支護的錨桿參數(shù)進行研究，從而改善和提高錨桿支護技術(shù)，對建立的模型中的各個影響參數(shù)進行研究，明確影響深基坑的各個關(guān)鍵因素，從而保證深基坑工程的精確性，降低深基坑工程的風險[6]。本文通過對深基坑的變形因素進行研究，為今后的深基坑類工程提供了寶貴的實驗數(shù)據(jù)和參考經(jīng)驗，保證和實現(xiàn)工程設(shè)計的安全性和經(jīng)濟性。

參考文獻

[1] 錢峰.樁錨支護基坑工程變形特性研究[D].北京：中國地質(zhì)大學（北京），2020：1-59.

[2] 郜東偉.深基坑樁錨支護結(jié)構(gòu)的研究與應用[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2019：1-163.

[3] 溫平平.基坑樁錨支護結(jié)構(gòu)水平變形特性及分級預警報警研究[D].南昌：南昌大學，2019：1-29.

[4] 史子庸.深基坑內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)變形規(guī)律與優(yōu)化設(shè)計研究[D].北京：中國地質(zhì)大學（北京），2018：1-182.

[5] 陳尚榮，曹傳祥，廖志堅.不同支護深基坑開挖對地下通道變形的影響[J].交通科學與工程，2018，34（4）：43-52.

[6] 過洪赟，趙延林.樁錨支護深基坑開挖對近鄰管線變形影響分析[J].低溫建筑技術(shù)，2020，42（12）：112-115.