基坑咬合桩支护结构变形有限元模拟.pdf
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1、872023.07/技术与部品2023 年第 7 期随着城市道路和建筑数量的增多,地下管线的分布情况越来越复杂,这给基坑工程的施工带来了不小难度,也给基坑工程对周边环境的影响、基坑支护结构的稳定性等提出了更高要求1-3。咬合桩作为基坑支护结构的一种类别,与其他基坑支护结构形式相比,因其有着工程造价低、对周围环境影响小、便于施工等优点而备受青睐4,众多学者也对其支护效果进行了研究。涂芬芬等5分析总结了基坑施工时造成咬合桩支护结构桩缩径的因素,并结合理论知识和现场实测数据,提出了相应的坑内补强方法;张晓涛等6以某地铁基坑工程为例,分析了咬合桩桩间距和桩径对围护结构受力变形的影响规律。基于此,本文以
2、南方智媒大厦基坑支护项目为例,通过数值模拟的方式对咬合桩的径向位移和附近土体的沉降变化趋势进行了分析,并与实际监测结果进行对比,为相关工程提供指导和借鉴。一、工程概况南方智媒大厦位于广州市黄浦区黄埔大道东南侧,拟建地上 22/31 层办公楼及 5 层裙楼,设四层地下室,地下室占地面积约 9010m2,地下室基坑总体呈长方形,基坑支护内边周长约 400m。0.00相当于绝对标高 8.50m,场地周边自然地面标高约为 7.00m(绝对标高),地下室基坑底面绝对标高为-10.1m 及-11.3m(塔楼区域),基坑开挖深度17.818.3m。本基坑根据场地质情况、地物地貌、建筑功能、周边情况及经济指标
3、优选设计方案,采用咬基坑咬合桩支护结构变形有限元模拟 史秋艾(中煤地生态环境科技有限公司,北京,100071)摘要在基坑开挖过程中,支护结构的受力变形情况对基坑的稳定性十分重要。为掌握咬合桩支护结构在支护过程中的变形趋势,本文以南方智媒大厦基坑支护项目为例,通过数值模拟的方式对咬合桩的径向位移和附近土体的沉降变化趋势进行分析,并与实际监测结果进行对比。研究结果表明,随着开挖深度的增加,各工况咬合桩的径向变形先增大后减小,在整体上均表现为两端小中间大的“鼓肚形”,各工况下环梁、冠梁部位桩体径向位移变化幅度最低;当和基坑距离逐渐增大时,土体沉降值表现为先增大后减小的趋势,在距离基坑接近 8m 处达
4、到最大;在整体上支护结构径向位移实际监测结果和数值计算结果的变化趋势比较接近,两者差值较小。关键词基坑开挖;支护结构;咬合桩;变形;数值模拟Abstract:During the excavation process of the foundation pit,the stress deformation of the support structure is very important for the stability of the foundation pit.In order to grasp the deformation trend of the interlocking pil
5、e support structure during the supporting process,this paper takes the foundation pit support project of the Southern Smart Media Building as an example,analyzes the radial displacement of the interlocking pile and the settlement change trend of the nearby soil through numerical simulation,and compa
6、res with the actual monitoring results.The research results indicate that as the excavation depth increases,the radial deformation of the interlocking pile in each working condition first increases and then decreases,and overall,it shows a bulge shaped shape with small ends and large middle.The radi
7、al displacement changes of the pile body in the ring beam and crown beam parts are the lowest under each working condition.As the distance from the foundation pit gradually increases,the soil settlement value shows a trend of first increasing and then decreasing,reaching its maximum at a distance of
8、 nearly 8m from the foundation pit.Overall,the variation trend of the actual monitoring results and numerical calculation results of the radial displacement of the support structure is relatively close,with a small difference between the two.Keywords:excavation of foundation pits,support structure,i
9、nterlocking pile,deformation,numerical simulation88/2023.07技术与部品2023 年第 7 期合桩、环梁等支护形式。本项目基坑安全等级为一级,基坑支护结构有效期自支护结构完工之日起为一年半。本项目坡顶外 2m 范围内严禁堆载,2m 外堆载不超过 20KPa。二、建立数值模型1.模型尺寸和参数选择当基坑支护形式为咬合桩结构时,基坑附近土体受到开挖活动的影响范围约为开挖宽度的 3 至 5 倍。同时,考虑到在数值模型节点数和单元数过多时会影响计算效率,所在要在保证计算准确性的基础下,对模型节点数与单元数进行简化,便于提高模型的计算速度。此次所研
10、究的咬合桩基坑结构对称,并且附近土层分布均匀,故此次仅分析 1/2 的模型,50m、40m 和 80m 分别为模型的竖向深度、宽和长。在基坑数值模型四周设置法向位移约束,基坑数值模型底部设置 XYZ 方向位移约束,前后左右均法向位移约束,并添加自重。选择摩尔-库伦弹塑性模型来模拟土体的本构关系,此模型参数获取较为容易,且参数数量少。同时由于土体的抗压强度远远低于支撑和围护结构的抗压强度,故选择线弹性模型来对支撑和围护结构进行模拟,数值模型示意图见图 1。2.工况设置此次主要分析基坑围护结构在基坑施工开挖过程中的受力变形情况,且基坑是从上往下进行开挖的,故定义基坑各个开挖阶段为单独的一个施工阶段
11、,定义围檩施工为单独的一个施工阶段。参考实际施工和设计方案将施工步骤分成 5 个工况,共 12 步,工况具体情况见表 3。对于参数的选择,结合相关地勘资料,将场地内土层分成 6 层,从下至上分别为中风化岩、强风化岩、粗砂、中砂、细砂和杂填土,土层的相关参数见表 1,混凝土和钢筋的相关参数见表 2。土层类型厚度/m压缩模量/MPa内摩擦角/重度kN/m3弹性模量/MPa中风化岩2021233125.16370强风化岩0.5182723.5500粗砂6.4153519.5117中砂131131.519.335细砂4.552518.528杂填土3.4-10.818.518材料泊松比 弹性模量/MPa
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