加筋水泥土桩锚复合式基坑支护结构数值模拟探究

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1、加筋水泥土桩锚复合式基坑支护结构数值模拟探究［摘要］本文介绍了一种新型的加筋水泥土桩锚复合式基坑支护结构在软土地基中的应用，并运用新型基坑支护设计软件midasGeoX对加筋水泥土桩锚复合式深基坑支护的开挖过程进行动态的数值模拟。研究了在基坑分步开挖过程中，围护结构的侧向位移，基坑周围的地表沉降的变化规律，并计算出基坑开挖后的安全系数，得出基坑支护设计和施工的有益结论。［关键词］深基坑加筋水泥土桩midasGeoX弹性支点法［中图分类号］TV551.4［文献码］B［文章编号］1000-405X(2014)-2-288-21前言近年来，随着城市地下空间的发展，常需要在沿海软土地区

2、进行基坑开挖，给基坑支护带来困难。水泥土搅拌桩最适于加固各种成因的软土，因其具有造价低、止水效果好、噪音低、设备简单、工期短等独特优点，被广泛应用于基坑支护［1］。水泥土搅拌桩在基坑工程中作为重力式水泥土挡墙的应用技术已经相当成熟，但其存在变形大、开挖深度浅、挡墙厚度大等缺陷。为弥补这一不足，可采用一种新型加筋水泥土桩锚复合式基坑支护体系，它是利用搅拌设备就地切削土体，按一定比例注入水泥浆形成均质水泥土墙，然后在挡墙内按一定间距及深度插入型钢，形成一种劲性水泥土搅拌桩复合结构。它与锚杆联合作用，形成集挡土、防水、承载于一体的土中三维空间梁系围护结构。这种围护结构具有很强的地层适

3、应性，不受支护深度的限制，尤其适用于软土地区深基坑边坡自稳能力差，开挖变形很大的深基坑工程⑵。目前，这种组合体系还缺乏比较完善的理论作为设计和施工的依据，尤其对于这种组合支护体系基坑变形影响的研究甚少，工程应用已超过理论研究的发展，有待进一步研究[3]o本文拟采用新型基坑支护设计软件midasGeoX对加筋水泥土桩锚复合式深基坑支护的开挖过程进行模拟分析，得出基坑支护设计和施工的有益结论。2工程实例2.1工程概况某深基坑工程，基坑长度80m,宽度50m,开挖深度15m,采用“加筋水泥土桩+预应力锚杆”支护结构。水泥土挡墙采用栅格状的形式，水泥土桩的截面面积不小于整个挡墙截面积的

4、0.7；由水泥土桩组成的临坑侧和临土侧纵向墙肢的净距离不大于1.3m；链接二道墙肢的横向墙肋的净距离不大于1.8m（见图1）。预应力锚杆采用2根15.2预应力钢绞线,沿深度方向共布置5排，其水平间距为1.5nu加筋水泥土桩中型钢采用'‘密插型”，型钢间距为2m。2.2计算参数基坑工程地质概况：表层为3m厚的杂填土，以下依次为淤泥质土、粉质粘土和粘土（见表1）。加筋水泥土桩墙的嵌固深度5m,开挖宽度50m,背面宽度100m,基坑外侧地面作用均布荷载20kN/m2o基坑支护结构模型见图2oH型钢及预应力锚杆的物理力学参数分别详见表2和表3o3计算结果分析3.1支护结构水平位移分析基

5、坑依次开挖及相应生成锚杆支护的桩墙位移详见图3O由图3可知，深度4m以上的桩墙随着开挖的进行，桩墙向坑内的水平位移逐渐减小，最大位移值为1.2cm,最小位移值0.6cm；深度4m以下的桩墙随着开挖的进行，桩墙向坑内的水平位移逐渐增大，除第一次开挖的填土外，每次开挖的最大水平位移值出现的位置稍有不同，但都出现在每次开挖深度的中下部位置［4］。图4〜图8分别是基坑依次开挖与相应生成锚杆支护后桩墙水平位移对比图，由此可见，锚杆支护对桩墙的位移有一定的抵抗作用［5］o3.2基坑外侧地表垂直位移分析图9说明距基坑一定距离的范围内，地表发生不同程度的沉降，距离基坑越远，沉降量越大，最大沉降

6、量为5cm,o其中需要说明的是，距离基坑较近处的地表沉降较小，由于基坑周围的桩墙及锚杆的共同作用，对地表沉降产生了一定的抵抗作用，而距离基坑越远，桩墙及锚杆支护的作用越不明显，导致了较大的沉降［6］。3.3整体稳定性验算弹性支点法是目前较为常用的一种方法，是将支护结构视作竖向放置的弹性地基梁，考虑了支护结构与土体变形的协调，能较好地模拟桩土之间的相互作用［7］。土体整体稳定采用瑞典条分法，条分法中土条宽度为0.5m。各施工阶段整体稳定性结果见表4。在加筋水泥土桩锚复合式基坑支护结构作用下，基坑开挖到设计深度时，求得基坑的稳定性系数为1.33,说明这种支护结构作用下，基坑是安全的

7、。4结论采用新型基坑支护设计软件midasGeoX对水泥土桩锚复合式基坑支护全过程进行动态仿真模拟。对这种支护结构的水平位移和坑外地表垂直位移进行了分析，并运用了弹性支点法计算出基坑整体稳定性系数，得出以下主要结论：(1)随着开挖深度的增加，某一深度范围以上的桩墙向坑内的水平位移逐渐减小；某一深度范围以下的桩墙向坑内的水平位移逐渐增大。除第一次开挖的填土，每次开挖时,桩墙向坑内的水平位移随深度的增加而增大，最大位移出现在开挖深度的中下部，之后随之减小。此外还表明，锚杆的生成对桩墙的水平位移有