浅谈加筋水泥土桩锚支护深基坑施工有限元模拟仿真

深基坑支护结构优化设计中 要充分考虑基坑开挖过程中周边土体与支护结构间的相互作用在基坑支护结构设计中比较难以控制的不是内力而是位移往往由于计算位移偏大不好处理基坑支护结构的计算理论和方法多采用理正深基 ツ坑软件进行计算机模拟.但由于基坑支护结构的影响因素众多采用理正深基坑软件计算不能准确反映基坑开挖过程中周围土体的位移变化趋势和隆起变化为探究基坑开挖中内力位移变化的空间效应及规律# 建立三维有限元模型合理评估基坑开挖位移和应力变化以确保基坑支护结构方案具有安全造价低施工便捷等优良特性

工程概况

尚水花园项目位于南昌市朝阳片区 基坑工程对应的绝对标高为室内外高差地下车库为二层 建基面高程为基坑深度在基坑沿长为其中有长地层分布有淤泥质粘土层厚在之间淤泥质粘土段是该边坡支护的关键地段淤泥质土其稳定边坡非常缓通常大于根据尚水花园的地质特点采用加筋水泥土桩锚支护技术对其基坑进行支护采用40 TD有限元软件对整个基坑施工过程中的内力位移变化规律进行模拟分析 以便开展边坡支护优化

基坑开挖施工模拟有限元建模

几何模型

由于基坑工程的平面形状并不是规则图形在尚水花园基坑施工中 基坑顶部采用浅部放坡下部采用加筋水泥土桩锚支护结构为能真实模拟尚水花园基坑开挖过程采用在EOP中建立基坑平面线框通过导入40 TD的方式 利用9*X;+软件界面建立三维仿真模型

模型基本参数

新版的9*X;+40 TD!/K考虑到工程的实际情况,能够通过输入压缩模量转换成弹性模量,极大方便用户工程模拟中土层参数设置需要土层各项物理指标

有限元模型先对基坑开挖土层进行划分 再对坑外土进行划分 通过9*X;+特有析取功能析取出地下连续墙最后建立工字钢) 四道锚杆) 四道围檩等支护结构 基坑周边的施工荷载设为

基坑开挖工况

在保持与实际施工过程相一致和匹配的条件下尽量简化模型以利计算对尚水花园基坑工程三维模型的整个基坑开挖施工模拟过程设置个工况

基坑开挖施工模拟仿真结果分析

基坑侧向位移分析

基坑竖向位移分析

尚水花园工程整个基坑沿R轴方向的竖向位移模拟仿真结果基坑红线外表土体出现了沉降现象当开挖到基坑底面时累积第一次开挖的出现的最大沉降量达经数据ป分析发现发生最大沉降的位置并不是在基坑边缘而是在距离基坑约位置处沉降量 该沉降量和理正深基坑沉降量二者数据相差较原因是因为在40 TD定义施工阶段时是根据实际施工情况来模拟的采用有限元计算精度更高 基坑在开挖过程中基坑上方土体的开挖卸荷过程破坏了原有土体的应力平衡 从而引起剪应力超过抗剪强度导致基坑隆起现象的产生

水泥土桩锚体共同的支护作用形成的空间效应致使基坑土隆起持续增加 基坑中心区域隆起量较大 靠近水泥土墙的坑内土体会出现局部下沉原因是由于型钢和水泥土墙对坑内土共同挤压造成的

水泥土搅拌桩墙数值计算结果分析

取型钢位置处和两根相邻型钢位置处的水泥土墙

结论

尚水花园深基坑设计优化过程中为了获得能真实反映基坑支护结构空间效应的内力位移变化规律为后续构件经济合理计算提供重要数据依据采用40 TD有限元软件中对基坑位移和内力的规律趋势进行数值模

基坑开挖过程中水泥土桩墙上的纵向侧移呈抛物线状从水泥土桩顶部到基坑底部呈逐渐增大再减小趋势 最大侧向移位移发生在高程坑底位置附近

基坑隆起所引起的纵向位移变化量比基坑周围土体沉降引起的纵向位移变化量大为有效控制基坑变形在基坑开挖过程♂中应以分层分块对称 平衡限时的时空效应®法原则进行施工以ฬ减小开挖基坑的暴露时间 使基坑产生较小变形

插入型钢对水泥土的剪力影响变化不大建议在加筋水泥土桩锚支护结构的基坑工程应用中应当着重监测型钢底部水泥土墙是否发生剪切破坏以及基坑底部位移的变化情况出现预警值时应及时采取相应工程补救措施