海域吹填砂層深基坑可回收錨索支護結構受力變形數值模擬研究

中圖分類號：V445 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）23-0049-06

Abstract：Forpresure-dispersedrecyclableanchorcablesupportinthedredger-filedsandlayerintheseaarea，Midas GtsNxfiniteelementsoftwarewasusedtoconductrefinedmodelingofthepresure-dispersedanchorcabletostudytheinternal forceanddeformationinfluencecharacteristicsofthesupportstructureduringanchorcableconstructionandrecoveryunder complexgeology.Theresultsshowthat when thepressure-dispersedanchorcableactsonthedredger-filedsandlayer inthe seaarea，thebindingforceoftheholewallrockmassontheslurryisveryweak，theatenuationisslowduringloadtransfer， andthestressuperpositionefectisrelativelyserious.Thesuperimposedstressisthelargestontheunitanchorbodyclosestto theaperture.Themaximum displacementand maximumpositive bending momentof thecast-in-place pileincreasewith the increaseof thenumberofanchorcablerecoverychannels，andtheincreaseisgeting largerandlarger.Recoveringthethird anchorcablehasthegreatestimpactontheverticaldisplacementofthegroundsurface.Thisresearchcanprovidereferenceand reference forthe appicationof pressure-dispersedrecoverable anchor cables inseareclamationandsand formation.

Keywords：pressuredispersionanchorcable;anchorcablerecovery;hydraulicfillsandlayer；numericalanalysis;foundation pit support

可回收錨索相較于傳統錨索，以其不超越占地紅線，避免產生侵權問題和用地污染，且具有可重復利用的特性，在近年來得到了廣泛的應用[-4。但目前絕大多數可回收錨索很少用于填海造地區域。填海造地區域吹填砂層存在著承載力低，結構松散，透水性強，工程性能較差的特點，壓力分散型錨索作為適用性很強的地基加固技術，能夠把錨固點處的應力分散到錨固端周圍的土體中[5-8]。但目前對于填海造地區域下壓力分散型預應力錨索的研究尚不多見，壓力分散型錨索各錨固單元在深厚吹填砂層的支護效果尚不明確，因此為了使該回收錨索更好應用于實際工程，有必要對錨索實際應用效果進行研究。

本文以填海造地區域某深基坑為依托進行壓力分散型可回收錨索應用研究，采用MidasGtsNx有限元分析軟件建立本基坑的三維有限元計算模型，對基坑開挖和錨索回收過程進行模擬，分析在不同工況下基坑變形和支護結構變形特性，并且對于可回收錨索在實際應用時出現的索力監測誤差問題進行分析和總結，為后續壓力分散型可回收錨索在填海造地區域應用提供參考和借鑒。

1 工程概況

本項目位于廈門市某填海造地區域，施工場地為吹填砂，無周邊建筑物影響。基坑總長 647.17m ，標準段寬 96.65m ，基坑深度 15.3～21.7m 地質鉆孔基坑揭示項目現場地層以吹填砂、淤泥質砂、粉質黏土、殘積砂質黏性土、全風化花崗巖和散體狀強風化花崗巖為主。基坑采用兩級1：2.5放坡（共放坡深度 8m ） + 樁錨體系（3～5道可回收錨索支護），每個錨索內部共4根鋼絞線，每個承載體上2根鋼絞線，共2個承載單元，支護結構剖面如圖1所示。圖1中尺寸以毫米為單位，標高以米計，且為絕對標高。

圖1支護剖面圖

2建立三維基坑模型

為了分析該項目中應用可回收錨索對其基坑穩定性的影響，采用MidasGtsNx有限元模擬軟件進行分析。根據本工程支護結構設計方案，開始有限元模型的建立，邊坡模型如圖2所示，該基坑長 97m ，寬14.4m ，高 48m 。模型合計157099個節點和274698個單元。吹填砂層、淤泥質砂、殘積砂質黏性土、全風化花崗巖以及散體狀強風化花崗巖均選擇修正摩爾庫倫模型，土層材料關鍵參數見表1。本模型共設置17個施工階段，各階段的施工內容見表2。

支護結構網格劃分如圖3所示，冠梁、腰梁、灌注樁均采用梁單元模型。鋼絞線節點印刻在承載體上，承載體精細化建模如圖4所示，每個承載體印刻2個鋼絞線節點，4個鋼絞線分別對應2個承載體，承載體間距 8.5m 。網格劃分時，將鋼絞線與注漿體二者不耦合，從而起到模擬應力分散型錨索中鋼絞線無黏結的效果。鋼絞線網格劃分完畢后，對鋼絞線所有節點添加RX和RY約束（限制繞 X 軸 ?Y 軸的轉動自由度），并在鋼絞線端部添加TX、TY、TZ約束（制沿 X 軸 ?_?Y 軸 L 軸的平移自由度），而后對鋼絞線節點施加預應力。

圖2Midas邊坡模型

3數值模擬結果分析

3.1注漿體軸向應力和漿/土界面剪應力分析

在預應力作用下，整個注槳體上的軸向應力和漿/土界面的剪切應力分布均呈波浪形衰減變化分布，如圖5一圖8所示。最大值在2個承載體處，而后隨著錨索延長遞減。預應力較小時，剪切應力和軸向應力的峰值都比較小。當預應力變大時，軸力通過錨固體向更深處傳遞，有效錨固長度變大，同時錨固體受到和軸向應力和漿/土界面的剪切應力相應增大，但增幅比較均勻。

注漿體上軸向應力、漿/土界面剪切應力分布的均勻程度與巖土體類型及承載體的間距有關，對于軟弱巖體，若承載體的間距不足，應力降低會變得緩慢，上一個承載體的應力會傳遞到下一個承載體，會出現較為嚴重的應力疊加現象。距離孔口最近的承載體因應力疊加產生的應力最大，建議根據該處的最大軸向應力驗算漿體強度，以避免漿體的受壓破壞，影響支護效果。

表1土層材料關鍵參數

表2施工階段說明

圖3支護結構網格劃分

圖4承載體精細化建模

圖5預應力 500kN 時注漿體軸向應力分布云圖

圖6不同預應力下注漿體軸力分布曲線

圖7預應力 500kN 時漿/土界面剪切應力分布云圖

3.2基坑頂部地表豎向位移

施作第1道錨索后基坑頂部地表豎向位移云圖如圖9所示，錨索施工和回收各階段地表豎向位移曲線如圖10所示，負值代表向地表以下發生位移?？梢钥闯?，錨索施工階段和回收階段地表豎向位移均隨著坑邊距離的增加先增大后減小，且每一階段的最大豎向位移均出現在距坑邊 4m 范圍附近，且坑邊 4m 后隨著坑邊距離的增加地表沉降逐漸減少。

圖8不同預應力下槳/土界面剪應力曲線

圖9施作第1道錨索后模型豎向位移云圖

圖10地表豎向位移變化

當基坑開挖深度增加，地表沉降開始增加，在第15一17施工階段，地表沉降量不斷增大，說明錨索回收會影響地表沉降?；厥盏?道錨索相對于施作第3道錨索時地表最大豎向位移增加了 23.3% ，回收第2道錨索相對于回收第3道錨索時最大豎向位移增加了 2.78% ，回收第1道錨索相對于回收第2道錨索時最大豎向位移增加了 3.33% ，當錨索回收完畢，基坑頂部最大沉降量為 4.96mm ，遠小于地表沉降預警值（ 25～35mm ，符合規范要求[10]

3.3灌注樁位移分析

圖11為施作第2道錨索時灌注樁位移云圖，圖12為灌注樁位移變化曲線，可以看出錨索施作和回收時，灌注樁的最大位移均發生在樁頂處。在施作錨索過程中，灌注樁位移曲線變化幅度不大。然而在錨索回收過程中，位移曲線變化幅度逐漸加大，回收第3道錨索相對于施作第3道錨索時最大位移增加了2.86% ，回收第2道錨索相對于施作第2道錨索時最大位移增加了 6.33% ，回收第1道錨索相對于施作第1道錨索時最大位移增加了 8.66% 。這是由于錨索被回收后，樁后土體的主動土壓力作用在樁身，導致樁身位移逐步變大。

3.4灌注樁彎矩分析

由圖13可知，第1、2道錨索施工后，錨索有效地抑制樁身向坑內傾斜，此時樁身左側 （坑內一側）受拉，右側（主動土壓力一側）受壓。在預應力錨索施工的工況下，樁身彎矩隨深度的變化曲線不再光滑，在錨頭處存在轉折點，該轉折點相當于灌注樁在豎向的一個支撐點，能夠有效地減小灌注樁在該處的彎矩，控制灌注樁向坑內傾斜。隨著開挖深度的增加，樁身彎矩逐漸增大，彎矩極值點也逐漸下移。

通過MidasGtsNx軟件中“鈍化\"功能回收錨索，回收第3道錨索時，灌注樁在該處的彎矩由施工第3道錨索時 41.18kN?m 變為- -51.71kN?m ，沿樁身向下再變為正彎矩衰減，坑底下方灌注樁的最大負彎矩減少了

46.8% ?；厥盏?、1道錨索的樁身彎矩曲線與回收第3道的曲線趨勢一致，回收第2道錨索時灌注樁最大正彎矩相較于回收第3道增加了 3.5% ，而回收第1道錨索時灌注樁最大正彎矩相較于回收第2道增加了11.7% ，回收每一道錨索都會使對應施加錨索時的最大正彎矩增大，且增加幅度隨著回收錨索道數的增多而增大，表明錨索對灌注樁的變形起到了很好的約束作用。

4結論

本文基于MidasGtsNx數值模擬軟件對壓力分散型回收錨索進行錨索單元模型以及現場邊坡模型的數值計算，進行各支護結構隨基坑施工的受力和變形分析。主要研究結論如下：

1）本文利用1D梁單元錨索和注漿體網格尺寸劃分不耦合來構建壓力分散型錨索無黏結鋼絞線，創新提出基于MidasGtsNx的壓力分散型錨索精細化建模方法，可為后續研究提供參考和借鑒

2）在海域吹填砂層復雜地質條件下，壓力分散型錨索受孔壁巖體對槳體約束力薄弱的影響，荷載傳遞衰減過程放緩，易引發顯著應力疊加。對此，需結合孔壁巖體特性優化錨固段長度設計，并重點關注荷載傳遞路徑中距孔口最近的單元錨體一其因應力疊加效應產生最大軸向應力，需以此為控制指標驗算漿體抗壓強度，防止過早破壞，以避免漿體的受壓破壞。

3）基坑開挖后，地表豎向位移隨著坑邊距離的增加先增大后減小，且每個施工階段的最大位移均出現在坑邊 4m 范圍附近。安裝錨索后，對灌注樁起到了較強的約束作用，從下往上回收各道錨索時，樁頂的最大位移相對于各道錨索施工時逐漸增大，且增幅隨著錨索回收道數的增加而增多。

4錨索對灌注樁彎矩的消減作用顯著，而回收錨索會反向影響樁體受力：每回收一道錨索，灌注樁最大正彎矩均呈增大趨勢，且增幅隨回收道數遞增，這一現象直接印證了錨索對樁體變形的強約束效能。

參考文獻：

[1]龔醫軍.新型可回收式錨索抗拔試驗及數值模擬研究[D].南京：河海大學，2007.

[2]尤春安，戰玉寶.預應力錨索錨固段的應力分布規律及分析[J].巖土工程學報，2004，24（6）：925-928.

[3]MINDLINR D.Force at apointinthe interiorofaseminfinite solid[J].Physics，1936，7（5）：195-202.

[4]賀建清，胡成兵，張建超.基于Mindlin解的壓力型錨索錨固段的受力分析[J].水文地質工程地質，2012，39（1）：47-52.

[5]葉帥華，黃義冠，葉煒鈉，等.擠壓錨式可回收預應力錨索在黃土基坑中的應用[J].地基處理，2023，5（4）：312-322.

[6]鄒潔文.可回收錨索在巖土基坑工程中的應用和技術控制[J]城市建設理論研究（電子版），2023（20）：93-95.

[7]郭彥朋，李世民，李洪鑫.可回收錨索的發展現狀及展望[J].四川建筑科學研究，2015，41（2）：136-140.

[8]賈金青，涂兵雄，王海濤，等.壓力分散型預應力錨索的力學機理研究[J].巖土工程學報，2011，33（9）：1320-1325.

[9]李兆平，黃明利，王建，等.地鐵深基坑采用可回收錨索支護方案優化設計[J].地下空間與工程學報，2012，8（1）：154-160.

[10]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑基坑工程監測技術標準：GB50497—2019[S].北京：中國計劃出版社，2019.