水泥搅拌桩和土钉联合支护的软土基坑变形分析

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1、第1期(总第157期)2012年2月中国彳跋z张CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．1(SerialNo．157)Feb．2012DOI：10．3969／j．issn．1004—4655．2012．01．029，水泥搅拌桩和土钉联合支护的软土基坑变形分析许岩剑，钟德明，肖仁成(南华大学城市建设学院，湖南衡阳421001)摘要：漳州市某基坑工程采用水泥搅拌桩和土钉墙联合支护方式。通过建立基坑体系的二维有限元弹塑性模型，对采用水泥搅拌桩和土钉联合支护基坑的变形特征进行数值分析。分析计算结果与工程实际情况表明：水泥搅拌桩和土钉联合支护时(水泥搅拌桩具一定厚度)，滑动面形状不再

2、呈圆弧形，土钉水平投影段范围内滑弧呈水平向拉长，致使基坑变形影响范围增大。基坑最大沉降发生在土钉水平投影段外侧圆弧内。关键词：基坑工程；水泥搅拌桩；土钉；联合支护；变形分析中图分类号：TU473文献标志码：A文章编号：1004—4655(2012)01—0071一03基坑开挖引起的变形主要包括基坑底部隆起、围护结构变形以及围护结构后地表和邻近建筑物的变形等3部分。其中围护结构后地表的变形对周围环境的影响最为直接，也是研究的重点¨J。相对于土质较好的基坑而言，软土基坑施工对周围环境的影响更要大很多。中国东部沿海地区多为软土地基，基坑施工中较广泛地使用水泥搅拌桩，但当基坑深度较大时，存在墙体厚

3、度大、水泥用量多等问题。目前，水泥搅拌桩和土钉墙联合支护已得到应用，图l为支护简图。钢图1支护简图采用水泥搅拌桩和土钉墙联合支护时，基坑的变形计算尚没有可以直接利用的公式和方法。随着计算机技术及数值计算方法的发展，非线性有限元法逐渐成为深入分析复杂基坑问题的主流数值方法和有收稿日期：2010一12—28第一作者简介：许岩剑(1984一)，男，助理工程师，在读硕士研究生。效手段¨1。1工程概况漳州市某基坑工程基坑开挖深度为4．5m，宽约60m、长约200m，基坑等级为二级，采用水泥搅拌桩和土钉墙联合支护方式。基坑南侧有一栋2层民用房，其他方向为道路及管线。民用房为框架结构，宽15m、长30．

4、5m、高6．1m，基础类型为钢筋混凝土条形基础(基础宽1．0m、厚0．5m、埋深为0．5m，基础下有O．5m厚、宽约1．5m的毛石垫层)，距离基坑开挖底边线17．8m。根据监测资料，基坑开挖前，民用房各纵墙分布有裂缝4—10条不等(裂缝长50—200mm、宽0．5～1．2mm)，各条裂缝独立分布；当基坑开挖至3．3m时，近基坑一侧的基础竖向位移达25．6mm，远基坑一侧的基础竖向位移达15．9mm，沉降差为9．7mm。此时各纵墙裂缝条数增加(新增3～6条不等，裂缝长60～250mm、宽0．5～3．2mm)，原有裂缝的长度和宽度亦快速发展(裂缝长60～400mm、宽0．6～4．3mm)。基坑

5、施工必须采取处理措施。为控制裂缝的发展，在距离民用房1．64m的位置，设1排钢板桩。钢板桩采用H型钢(型号28b)，长12m，间距为0．5-n／根。在采取措施后，继续开挖，当基坑开挖至4．5m时，近基坑侧的基础竖向位移达33．38mm，远基坑侧的基础竖向位移达17．13mm，沉降差为16．25mm。各纵墙裂缝条数明显增多(新增7～10条不等，裂缝长30一450mm、宽0．5～4．2mm)，原有裂缝的长度和宽度的发展出现“质变”(裂缝长60～1000mm、宽0．65～10．3mm)。裂缝已71中国彳跋工农许岩剑，钟德明，肖仁成：水泥搅拌桩和土钉联合支护的软土基坑变形分析2012年第1期影响建

6、筑物的使用及安全。2有限元模型的建立基坑变形与开挖深度、土质、超载、支护方式等多种因素有关。采用ABAQuS有限元软件，通过建立弹塑性有限元模型，针对基坑工程开挖过程，采用分步开挖方法分析基坑的变形。2．1模拟思路1)根据岩土工程勘察报告和设计文件的参数，建立弹塑性有限元模型，并进行计算。2)分析现场监测数据，与模拟结果进行对比。如出现偏差，根据监测数据反推模型参数，使参数与实际相符。3)调整模型参数，再进行分析、预测基坑变形。2．2模型的建立根据基坑几何尺寸及拟分析问题的对称性，数值分析模型的左侧添加轴对称水平向位移约束，右侧添加水平向位移约束，底部添加水平向和竖向位移约束；顶部考虑10

7、kPa的施工荷载。建筑物基础顶部考虑70kPa的恒荷载。建立的有限元数值分析模型见图2。图2数值分析模型模型中土体、水泥搅拌桩及建筑物基础采用8节点平面应变减缩积分单元cPE8R，土钉墙面层采用4节点平面应变减缩积分单元cPE4R，土钉采用3节点二次二维桁架单元他D3，钢板桩采用2节点线性梁单元B21，模型单元总数为5690个，节点总数为17407个。土钉、面层、建筑物基础及钢板桩采用线弹性本构模型，水泥搅拌桩及土层采用