深基坑開挖過程中立柱隆起問題數(shù)值模擬分析

董新軍,黃建偉,王寧龍,陳際學(xué)

(1.中國建筑第二工程局有限公司,北京 100160; 2.鄭州大學(xué)水利與土木工程學(xué)院,河南 鄭州 450001)

0 引言

地下空間資源的開發(fā)利用離不開基坑工程,并推動基坑工程不斷向“深、大、近”方向發(fā)展。在深基坑支護(hù)體系中,立柱及立柱樁主要用來支承各道支撐,降低支撐構(gòu)件的長細(xì)比,增加支撐體系的穩(wěn)定性。然而,基坑施工過程中坑底土體回彈會引起立柱隆起,一旦立柱隆起量超過一定限值,可能會引起支撐破壞和失穩(wěn),給支撐體系帶來極大的安全隱患。工程界對立柱的豎向變形控制尚未足夠重視,有必要對基坑開挖過程中坑底回彈隆起引起的立柱樁隆起問題開展研究。

陳衛(wèi)星[1]結(jié)合工程案例分析了基坑開挖過程中立柱上浮現(xiàn)象。王文燦等[2]結(jié)合某蓋挖逆作盆式開挖深基坑的立柱豎向變形監(jiān)測結(jié)果,分析了立柱位置、開挖深度對立柱豎向變形的影響。劉凱文等[3]依托上海地鐵某車站基坑,采用密集分布式光纖光柵感測技術(shù)對深基坑開挖過程中坑內(nèi)土體隆起、立柱樁變形特性進(jìn)行了研究。張龍等[4]提出了利用聲測管進(jìn)行灌注樁內(nèi)力測試,用光纖植入的方法,避免了與樁基施工的交叉影響。鄭剛等[5]搜集整理天津地鐵5,6號線車站基坑立柱回彈的實(shí)測數(shù)據(jù),并進(jìn)行了統(tǒng)計分析。針對立柱隆起對支撐系統(tǒng)穩(wěn)定性影響問題,馮虎等[6]通過分析立柱豎向位移下鋼支撐受力特性,研究了立柱隆起對鋼支撐承載力的影響;周群立等[7]基于合肥某地鐵車站基坑立柱隆起的實(shí)測數(shù)據(jù),分析了立柱隆起對支撐系統(tǒng)的影響;高彥斌等[8]基于上海某地鐵車站基坑立柱隆起現(xiàn)象,分析了立柱隆起與坑底穩(wěn)定性的關(guān)系以及對混凝土支撐的影響。此外,針對立柱樁隆起量的預(yù)測計算問題,楊敏等[9]采用彈性理論并結(jié)合殘余應(yīng)力法得到的基坑底地基土隆起來計算剛性單樁的回彈量;賀翀[10]根據(jù)立柱樁的工作原理,在Mindlin應(yīng)力解計算基坑土體回彈基礎(chǔ)上建立了立柱樁隆起的計算方法;樓曉明等[11]基于廣義荷載傳遞法建立了一種立柱樁隆起的分析方法,可以考慮立柱樁變截面特性以及分布支撐、開挖的施工工況;翟禮嘉等[12]根據(jù)土體回彈影響深度確定荷載作用,在分析樁體、上部結(jié)構(gòu)以及土體回彈特性的基礎(chǔ)上建立了立柱樁隆起的簡易計算方法;操小兵等[13]基于剪切位移法建立了立柱樁位移的力學(xué)解析模型,并結(jié)合立柱樁實(shí)際邊界條件提出了基坑開挖過程中立柱位移的計算方法;高彥斌等以[8]上海深厚軟土地區(qū)某車站基坑為背景,詳細(xì)分析了立柱隆起規(guī)律以及立柱隆起與坑底隆起穩(wěn)定性、地下連續(xù)墻側(cè)向位移計開挖模式之間的關(guān)系。

盡管有眾多學(xué)者對立柱、立柱樁隆起問題進(jìn)行了大量研究,但對立柱及立柱樁的隆起機(jī)制、影響因素等方面還需要進(jìn)一步研究。本文以鄭州市金融島組團(tuán)C3-06地塊建筑基坑工程為研究對象,采用有限元法模擬了基坑支護(hù)及分層開挖的整個過程,分析了基坑開挖過程中基底土體和立柱的隆起、立柱樁承載力和變形特性以及支撐內(nèi)力的變化規(guī)律,深入探討了立柱樁樁長、基坑開挖深度等因素對立柱及立柱樁隆起的影響規(guī)律。

1 工程概況

某商業(yè)大廈項目,地上建筑面積60 000m2,地下建筑面積35 860m2(停車位、設(shè)備用房等)。主要建筑物由主樓、裙房組成,主樓地上22層,地下4層,框架剪力墻+核心筒結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)埋深-22.500m;裙房地上5層,地下4層,框架+核心墻結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)埋深-21.500m(地下車庫)。項目建設(shè)場地位于鄭州市鄭東新區(qū)龍湖金融中心C3-06地塊,與其他24個地塊形成一個環(huán)形基坑群。基坑周邊環(huán)境較復(fù)雜,基坑群內(nèi)側(cè)有中環(huán)管廊、中環(huán)輔路,距離基坑約1倍開挖深度范圍內(nèi);基坑群外側(cè)為外環(huán)路;C3-06地塊基坑南側(cè)緊鄰C3-07地塊,該地塊建筑同樣為主樓、裙房建筑并帶4層地下室,地下室底面標(biāo)高為72.500m,上部結(jié)構(gòu)已封頂。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

項目建設(shè)場地位于鄭州市區(qū)中部,地貌單元屬黃河沖積平原。建設(shè)場地整體上較為平整,在勘察揭露120m深度范圍內(nèi)的地層主要由砂土、粉土、粉質(zhì)黏土組成,分布較穩(wěn)定,具有明顯的成層分布特征,可劃分為12個單元層和4個亞層。

擬建場地地下水位在地面下10.5～16.0m,水位標(biāo)高約72.500m,地下水類型屬潛水,主要受大氣降水補(bǔ)給和地下水開采影響,水位年變幅在2～4m。

由于本項目采用管井降水,坑內(nèi)地下水位位于基坑開挖面以下0.5m,位于上層砂土層中;根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料,⑧1粉土和⑨粉質(zhì)黏土均位于地下水位以下,因此,本文不考慮地下水位變化對土層性質(zhì)的影響。

3 基坑支護(hù)方案

C3-06地塊基坑面積約11 720m2,基坑周邊延長共約441m,基坑開挖深度12.5m。基坑支護(hù)方案如圖1所示,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用灌注排樁結(jié)合止水帷幕(三軸水泥土攪拌樁)方案,其中,鉆孔灌注樁樁徑800mm,樁間凈距800mm,局部150mm,樁長21.65～22.75m。內(nèi)支撐采用1道鋼筋混凝土支撐形式,支撐呈對撐、角撐結(jié)合邊桁架布置,如圖1a所示。內(nèi)支撐中心標(biāo)高82.000m,混凝土強(qiáng)度等級為C35,各部分截面尺寸為:壓頂梁1 100mm×800mm、腰梁1 200mm×800mm、主撐1 000mm×800mm、八字撐900mm×700mm、連桿700mm×700mm。鋼立柱采用4└140×12格構(gòu)柱,截面為460mm×460mm,采用Q235B級鋼。普遍區(qū)域的立柱樁采用φ800mm鉆孔灌注樁,樁長12m,樁身混凝土強(qiáng)度等級為C30。此外,部分立柱樁采用工程樁兼作立柱樁(共11根),工程樁為φ800mm鉆孔灌注樁,樁長30m,具體位置如圖1a所示,典型支護(hù)剖面如圖1b所示。

圖1 基坑支護(hù)體系

4 基坑開挖三維有限元模型

4.1 三維有限元模型

采用Midas GTS NX軟件對C3-06地塊基坑支護(hù)方案建立三維有限元模型進(jìn)行計算分析,如圖2所示,計算模型包括地基土體、基坑周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土內(nèi)支撐體系、鋼立柱和立柱樁(部分為工程樁)。其中,為簡化模型,鉆孔灌注樁排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)按抗彎剛度等效原則等效成地下連續(xù)墻體系。

圖2 基坑支護(hù)三維有限元計算模型

地基土體采用4節(jié)點(diǎn)四面體和8節(jié)點(diǎn)六面體的實(shí)體單元模擬;等效地下連續(xù)墻體系采用3節(jié)點(diǎn)的三角形plate板單元模擬;內(nèi)支撐體系采用beam梁單元模擬;立柱也采用beam梁單元模擬;立柱樁采用beam梁單元模擬,立柱樁與土體之間的相互作用分布采用樁單元(模擬樁側(cè)摩阻力)和樁端單元(模擬樁端阻力)來模擬。

基坑水平方向邊界取6倍基坑開挖深度(南側(cè)為C3-07地塊已施工完成的地下室,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離邊界為1.5～3倍基坑開挖深度)。土體深度應(yīng)保證3倍的基坑開挖深度或2倍立柱樁樁長,考慮到該基坑部分采用工程樁作為立柱樁,基坑深度取60m。模型側(cè)邊約束水平位移,底部同時約束水平和豎向位移。

4.2 土體參數(shù)與結(jié)構(gòu)單元參數(shù)

在巖土工程數(shù)值模擬中,雖然采用傳統(tǒng)的土體Mohr-Coulomb本構(gòu)模型能夠較合理地預(yù)測圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形特性,但由于Mohr-Coulomb本構(gòu)模型中加載模量和卸載模量一致,預(yù)測地表變形及對周邊環(huán)境的影響時出現(xiàn)較大偏差[14],特別是對于基坑開挖卸載問題,地基土體和圍護(hù)結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)過大幅度的回彈變形。Burland[15]研究發(fā)現(xiàn)土體在小應(yīng)變范圍內(nèi)土體抗剪剛度較大,并隨剪應(yīng)變增大不斷減小,當(dāng)接近破壞時,土體抗剪剛度較小。而基坑開挖引起的土體應(yīng)變通常處在小應(yīng)變范圍內(nèi)(0.001%～1.0%),數(shù)值計算時應(yīng)考慮土體小應(yīng)變特性對基坑開挖模擬的影響。為此,本文選用HS-small本構(gòu)模型(小應(yīng)變硬化模型),該模型能夠較好地考慮土體小應(yīng)變特性,能更好地模擬基坑開挖卸載引起的地基土體和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的豎向變形和周邊土體變形。

HS-small(HSS)本構(gòu)模型包括11個HS模型參數(shù)和2個小應(yīng)變參數(shù)。參考本工程場地的工程地質(zhì)勘察報告和目前文獻(xiàn)中關(guān)于剛度參數(shù)與常規(guī)參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)公式,并結(jié)合本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等[16-17],最終確定場地各土層的HS-small模型參數(shù)如表1所示。其中,上層粉砂為②～④層細(xì)砂和⑥～⑦層密實(shí)細(xì)砂,考慮到上述細(xì)砂層物理力學(xué)特性相差不大,故合成1個土層以降低有限元建模難度。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系、內(nèi)支撐體系和立柱樁采用C35混凝土,立柱采用角鋼材料,由于混凝土和鋼材在基坑開挖過程中均處于彈性狀態(tài),采用線彈性本構(gòu)模型模擬,其中,C35混凝土參數(shù)為:重度25kN/m3、泊松比0.2、彈性模量31.5GPa;鋼材參數(shù)為:重度78kN/m3、泊松比0.29、彈性模量200GPa。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系采用厚度為0.6m的2D-Plate單元模擬,材料為C35混凝土。內(nèi)支撐體系采用相應(yīng)截面的beam單元,材料為C35混凝土。立柱采用相應(yīng)截面的beam單元,材料為鋼材,考慮到立柱為格構(gòu)式立柱形式,將立柱橫截面等效為一箱形截面,其中,B=H=0.46m,tf1=tf2=0.008m。立柱樁也采用beam單元模擬,其橫截面為直徑0.8m的圓形截面;立柱樁與土體之間的相互作用分別采用樁單元(模擬樁側(cè)摩阻力)和樁端單元(模擬樁端阻力)來模擬。其中,長度為12m的立柱樁位于上層細(xì)砂層中,以上層細(xì)砂層為持力層;長度為30m的立柱樁分布在上層細(xì)砂、⑧1粉土、⑧細(xì)砂和⑨粉質(zhì)黏土4個土層中,并以⑨粉質(zhì)黏土為持力層。因此,各層土的樁單元參數(shù)如表2所示。

表2 場地各土層樁單元HSS模型計算參數(shù)

4.3 模擬工況

實(shí)際工程中,基坑開挖與支護(hù)是一個連續(xù)的施工過程,因此,數(shù)值模擬應(yīng)依據(jù)施工工序來模擬基坑分步開挖、支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的施工。基坑開挖與支護(hù)是通過有限元軟件的“激活”與“鈍化”來實(shí)現(xiàn),“激活”是生成單元,“鈍化”是殺死單元。

根據(jù)實(shí)際基坑開挖和支護(hù)的施工順序,有限元數(shù)值模擬的施工步驟如表3所示。其中,由于C3-06地塊基坑南側(cè)與C3-07地塊地下室相鄰,且該地塊地下室及上部結(jié)構(gòu)已施工完成,為體現(xiàn)相鄰地塊先期建成的影響,約束緊鄰C3-07地塊地下室的圍護(hù)墻的水平位移。

表3 有限元模擬的計算步驟

5 計算結(jié)果分析

本文主要研究基坑開挖卸載引起基底土體、立柱和立柱樁的隆起變形,分析基坑開挖過程中立柱樁工作特性的變化以及立柱隆起對內(nèi)支撐體系受力的影響。

5.1 基底土體隆起

5.1.1基坑開挖完成時的基底土體隆起

基坑開挖完成時,基底土體與基坑周邊地基土體的豎向變形云圖(以向上的位移為正)如圖3所示。

圖3 基坑開挖完成時的豎向位移云圖(單位:m)

由圖3a可知,當(dāng)基坑開挖完成時,基坑周邊土體出現(xiàn)明顯的沉降變形,最大沉降變形(8.96mm)位于基坑北側(cè),由于基坑北側(cè)建筑紅線外的地面標(biāo)高為89.000m,高于紅線內(nèi)場地整平后的標(biāo)高4.000m,且采用放坡形式,因而產(chǎn)生較大沉降變形。

由圖3b可知,由于基坑開挖卸載作用,基底土體出現(xiàn)明顯的隆起變形,最大隆起量為44.53mm,大致位于基坑中心位置,這主要是由于基坑中心位置下土體卸載應(yīng)力最大,因而基底土體回彈隆起也最大。內(nèi)支撐所在區(qū)域的基底土體隆起變形相對較小,一方面由于內(nèi)支撐(角撐、對撐)所在區(qū)域靠近基坑邊緣,受基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)約束作用,限制了該區(qū)域土體的回彈;另外一方面,立柱樁也起到一定程度限制基坑土體回彈的作用,例如圖3b中圓圈所示部位,立柱樁周圍土體隆起量顯著小于周邊區(qū)域。

5.1.2基坑開挖深度對基底土體隆起的影響

選取圖3中通過基坑中心兩條近似垂直的線1-1’和2-2’,在兩條線上布置坑底土體隆起監(jiān)控點(diǎn),繪制基坑分步開挖過程中兩條線上基坑底面土體隆起的變形曲線,如圖4所示,其中,基坑底面為當(dāng)前分層開挖面深度。

圖4 基坑開挖至不同深度時的基底隆起變形

由圖4可知,基坑底面隆起量隨著基坑向下開挖施工不斷增大,最大隆起量位置大約在基坑中心位置,距離基坑邊緣越近,基底土體隆起量就越小。此外,由于受內(nèi)支撐區(qū)域立柱樁的影響,立柱樁周邊位置處的隆起量有一定程度的波動。

5.2 立柱與立柱樁的隆起

5.2.1基坑開挖完成時立柱的隆起

由于基坑開挖卸載作用,基底土體產(chǎn)生明顯的回彈變形,并帶動立柱樁產(chǎn)生向上的隆起,進(jìn)而帶動立柱產(chǎn)生隆起變形。

基坑開挖完成時,內(nèi)支撐、立柱和立柱樁的豎向變形云圖如圖5所示。由圖5可知,由于基坑開挖卸載作用,坑底土體產(chǎn)生回彈變形,進(jìn)而帶動立柱樁、立柱產(chǎn)生隆起,最終整個內(nèi)支撐系統(tǒng)都產(chǎn)生了一定量隆起變形。從角撐區(qū)域(圖5a中三角形所示區(qū)域)的回彈變形來看,當(dāng)立柱樁樁長相等時,越靠近基坑中心區(qū)域,立柱的隆起量就越大;越靠近基坑邊緣區(qū)域,受基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的約束作用,其隆起量就越小;靠近基坑陰角部位立柱的隆起值最小。上述規(guī)律與基底土體隆起分布規(guī)律是一致的。

為分析立柱樁樁長對立柱隆起的影響,對比圖5b中A點(diǎn)和B點(diǎn),其中,A點(diǎn)對應(yīng)的立柱樁為工程樁(30m),B點(diǎn)為新增立柱樁(12m)。由圖5b可知,A點(diǎn)隆起量為15.7mm,B點(diǎn)隆起量為32.0mm,這表明立柱樁越長,對應(yīng)立柱的隆起量就越小。此外,該角撐區(qū)域的C點(diǎn)和D點(diǎn)也是工程樁兼作立柱樁,因而C點(diǎn)和D點(diǎn)立柱的隆起量顯著小于周邊其他立柱的隆起量。

實(shí)際工程中,為監(jiān)測立柱的隆起量,在內(nèi)支撐上設(shè)置立柱隆起變形監(jiān)測點(diǎn),其中,角撐區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)布置如圖6a所示。基坑開挖過程中各監(jiān)測點(diǎn)的豎向位移如圖6b所示,同時,各監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)值計算結(jié)果也繪制在圖中。

圖6 基坑開挖過程中立柱監(jiān)測點(diǎn)的結(jié)果對比

由圖6可知,隨著基坑不斷向下開挖,立柱出現(xiàn)隆起,且隆起量隨著基坑開挖深度增大而不斷增加,當(dāng)基坑開挖到底時,各立柱監(jiān)測點(diǎn)隆起量達(dá)到最大;此后,隨著基礎(chǔ)筏板澆筑,立柱隆起量有所下降。

此外,對比現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果,數(shù)值模擬結(jié)果總體上能夠反映出基坑開挖的影響,但在部分位置上,立柱隆起量存在一定差異,最大差別在10mm以內(nèi)。產(chǎn)生上述差異的原因較為復(fù)雜,一方面實(shí)際工程中基坑分層、分塊開挖,數(shù)值模擬難以真實(shí)模擬實(shí)際開挖工況;另一方面,地基土體的HS-small模型中部分參數(shù)參考地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等確定,與實(shí)際土體可能存在一定差別。

5.2.2基坑開挖完成時立柱樁的工作特性

為深入探討立柱樁樁長對立柱隆起的影響機(jī)制,選取角撐區(qū)域兩個典型的立柱樁,即圖5b中A點(diǎn)和B點(diǎn)對應(yīng)立柱樁(后文簡稱立柱樁A,B),繪制基坑開挖完成時兩根立柱樁的樁身隆起量與樁身軸力(以拉力為正)如圖7所示。

圖7 基坑開挖完成時立柱樁樁身隆起與樁身軸力

由圖7可知,由于立柱樁B樁長較短,受基底土體回彈影響大,樁頂、樁底的隆起量基本相等;樁頂處小范圍內(nèi)樁身軸力為壓力,這部分壓力主要是由內(nèi)支撐的自重產(chǎn)生;由于基底土體回彈量大于樁體回彈量,樁側(cè)土體產(chǎn)生向上的摩阻力,因而樁身軸力自樁頂向下逐漸由壓力轉(zhuǎn)變?yōu)槔ΑＥc立柱樁B不同,立柱樁A較長,樁身上部的回彈量相對較大而樁身下部的回彈量較小,這表明樁身下部土體對樁身上浮產(chǎn)生較大的約束作用。立柱樁A樁頂也存在很小范圍的壓力,但壓力值小于立柱樁B,這主要是由于立柱A的隆起量小于兩側(cè)立柱,從而受兩側(cè)立柱隆起變形影響,使得立柱A承擔(dān)的豎向荷載變小。此外,立柱樁A存在中性點(diǎn),中性點(diǎn)以上樁側(cè)土體產(chǎn)生向上的摩阻力,而中性點(diǎn)以下樁側(cè)土體產(chǎn)生向下的負(fù)摩阻力,這部分負(fù)摩阻力對樁體上浮產(chǎn)生一定程度的約束作用。

對比立柱樁A和立柱樁B的工作性狀可知,增加立柱樁樁長可以有效降低立柱樁的隆起量,但同時也顯著增大了樁身的拉應(yīng)力(例如,立柱樁A最大拉力達(dá)到近6 000kN)。因此,實(shí)際工程設(shè)計時,考慮到兼作立柱樁的工程樁一般較長,應(yīng)特別注意基底土體隆起引起樁身拉應(yīng)力的問題,防止工程樁產(chǎn)生開裂等,從而保證工程樁的正常使用。

5.2.3基坑開挖深度對立柱樁工作特性的影響

為深入探討基坑開挖深度對立柱樁隆起及樁身軸力的影響規(guī)律,提取基坑開挖至不同深度時立柱樁的樁體回彈與樁身軸力,結(jié)果如圖8所示。

圖8 基坑開挖至不同深度時立柱樁樁身隆起與樁身軸力

由圖8a可知,隨著基坑不斷向下開挖施工,立柱樁B的樁身隆起量不斷增大,但由于樁長較短,樁頂與樁底處的回彈量基本相等;對于立柱樁A,樁身回彈也隨著基坑開挖深度的增加而不斷增大,且由于樁身下部樁周土體的約束作用,樁底回彈量小于樁頂?shù)幕貜椓俊?/p>

由圖8b可知,無論是立柱樁A還是立柱樁B,隨著基坑開挖施工,樁頂位置軸力均由原來的拉力逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?主要承載內(nèi)支撐及立柱的質(zhì)量)。對于立柱樁B,由于樁長較短,除樁頂很小區(qū)域外,樁身軸力受基坑開挖深度影響很小。而對于立柱樁A,隨著基坑開挖施工,樁身上部的拉力逐漸減小而樁身下部的拉力逐漸增大;樁身最大拉力也隨著基坑開挖深度的增加而增大,但樁身中性點(diǎn)位置變化不大,大致在基底以下18m左右。

5.3 內(nèi)支撐體系的內(nèi)力

在內(nèi)支撐體系中,立柱隆起會引起支撐內(nèi)力的增加,特別是當(dāng)立柱隆起過大或相鄰立柱沉降差異較大時,可能會影響內(nèi)支撐甚至整個支護(hù)體系的穩(wěn)定性。為分析基坑開挖過程中立柱隆起對內(nèi)支撐體系軸力的影響,在圖5b立柱A左右兩側(cè)各取兩跨內(nèi)支撐進(jìn)行分析,計算結(jié)果如圖9所示。

圖9 基坑開挖至不同深度時內(nèi)支撐的軸力分布

由圖9可知,當(dāng)基坑開挖支內(nèi)支撐處時,由于立柱及立柱樁受土體回彈影響,立柱處于受拉狀態(tài),因而使支座處(立柱與支撐結(jié)合處)出現(xiàn)較大的正彎矩;隨著基坑不斷向下開挖,內(nèi)支撐的重力荷載開始由立柱分擔(dān)并向立柱樁傳遞,支座處承受負(fù)彎矩作用而跨中受正彎矩作用。由于立柱A的隆起量顯著小于兩側(cè)立柱的隆起量,這就相當(dāng)于立柱A兩側(cè)的支座產(chǎn)生向上的位移,從而改變了內(nèi)支撐彎矩的分布規(guī)律:支座A處(立柱A與支撐結(jié)合處)的負(fù)彎矩值不斷減小,而立柱A兩側(cè)支座的負(fù)彎矩值不斷增大,立柱A兩側(cè)跨中的正彎矩值也不斷增大;當(dāng)基坑開挖完成時,支座A處的彎矩最終變成了正彎矩,立柱A兩側(cè)跨中正彎矩也達(dá)到最大值,立柱A兩側(cè)支座負(fù)彎矩也達(dá)到最大值。

上述分析表明,在內(nèi)支撐體系中,相鄰立柱間過大的差異隆沉?xí)沟脙?nèi)支撐體系的彎矩顯著增大,增大了內(nèi)支撐失穩(wěn)的風(fēng)險。因此,實(shí)際工程設(shè)計時,建議相鄰立柱樁的樁長大致相等,避免相鄰立柱間產(chǎn)生過大的差異沉降而增大內(nèi)支撐失穩(wěn)風(fēng)險。

6 結(jié)語

1)立柱隆起受基底土體隆起影響顯著,基底土體隆起量越大,立柱隆起量就越大;不同位置立柱隆起量分布規(guī)律與基底土體隆起分布規(guī)律吻合。

2)基坑開挖深度和立柱樁樁長是影響立柱隆起的兩個關(guān)鍵因素,立柱隆起量隨基坑開挖深度的增加而增大,隨立柱樁樁長的增加而降低。

3)增加立柱樁樁長可以有效降低立柱樁隆起量,但同時也顯著增大了樁身拉應(yīng)力,實(shí)際工程設(shè)計時應(yīng)注意校驗(yàn)樁身拉應(yīng)力,防止出現(xiàn)樁身開裂等。

4)立柱隆起會顯著改變支撐體系的內(nèi)力分布規(guī)律,特別是相鄰立柱間的過大差異隆沉使內(nèi)支撐體系內(nèi)力顯著增大。為保證支撐體系的穩(wěn)定性,建議相鄰立柱樁的樁長大致相等。