王宝涛
宁夏煤炭基本建设有限公司 750000
摘要：当基坑周边存在山地边坡时，山地边坡的偏压作用会对基坑的变形产生影响，为研究在这种作用下基坑变形对桩长度、桩刚度、桩间距的敏感性以及选择该工程的合理施工参数。采用FLAC3D软件，对这几个敏感因素下基坑的桩变形、桩弯矩以及边坡沉降等进行了研究。研究结果表明：1）边坡沉降对桩长度的变化最为敏感，而受支撑预应力的影响，其变化最小；2）基坑围护结构变形受围护结构刚度变化影响较为明显，受桩间距变化影响最小；3）在该工程中，模拟结果表明它的合理桩长应为26m，合理桩间距为1.35m。
关键词：FLAC3D；边坡；桩变形；边坡沉降
引言
影响基坑变形的因素有很多，大体上可以分为三类：自然土质情况、设计因素和施工因素。设计因素主要包括基坑的平面形状和开挖深度、围护结构刚度及入土深度、有无内支撑或支撑刚度及预应力水平、被动区土体加固等；影响基坑变形的施工因素主要包括：基坑分步开挖深度和宽度；而影响基坑变形的自然因素主要包括土体的物理力学性质和基坑水环境[5]。考虑到实际施工中基坑平面形状和开挖深度、分歩开挖深度和宽度、内支撑设置位置和刚度基本确定。而围护桩和钢支撑预应力一个为设计中重要的因素，一个为施工过程中可调性较大的因素。因此本章主要对影响基坑变形的三种敏感参数（桩刚度、桩入土深度、桩间距）进行变化对比分析。
1工程概况
某基坑工程上部边坡采用放坡开挖，开挖后，边坡高度达33.3m，从坡底至坡顶根据不同岩土层分别采用岩石锚杆、预应力锚索和全粘结锚杆。下部围护桩支护开挖，围护结构采用长L=26.2m、直径Φ=1200mm、间距@=1350钻孔灌注桩+Φ600的旋喷桩止水，采用直径Φ=600mm、壁厚t=16mm的钢管进行内支横撑。根据岩土的时代成因及其工程特征，工程所在场地分为6层主层17层亚层，主要为素填土、粉质粘土、全风化角岩、强风化角岩、中等风化角岩和微风化角岩层。
2计算模型和计算参数
2.1计算参数
土体采用摩尔库伦模型，土层参数主要依据现场实验和实验室的测试结果而确定，如表1所示。冠梁采用弹性单元，钻孔桩、锚索以及支撑采用结构单元，主要力学参数如表2所示。考虑基坑边的堆载情况，在坑两边各施加15m范围的5kpa的荷载。
表1 土体物理力学参数
注：γ-土的重度；K -土的弹性体积模量；G-土的弹性切变模量；C-土的内聚力；φ-土的内摩擦角。
表2 结构单元各项参数
名称选用结构单元γ（kN/m3）E（MPa）μ
钻孔桩pile24.0300000.25
锚索或锚杆cable78.52100000.31
钢支撑beam78.52100000.31
2.2 二维计算模型
计算模型和基本参数为：基坑宽为45.6m，基坑开挖深度为23.3m，计算范围定为185.4m×69.9m，如图1所示。支护结构采用钻孔桩，钻孔桩直径为1.2m，桩间距为1.35m，并分别在地面以下0m，-8m，-14m，-18m处设置一道Φ600mm，t=16mm钢管横撑。同时，在基坑三级台阶的边坡上打上12根锚杆，土层按地质勘查报告里的土层分布取值。基坑分步开挖步数为5步，第一步开挖至-3m处，第二步开挖至-9m处，第三步开挖至-15m处，第四步开挖至-19m处，第五步开挖到设计深度-23.3m处。
图1 基本计算模型
3计算结果分析
3.1桩长度对基坑及边坡变形影响分析
桩长是基坑设计中的一个重要参数，不少基坑事故就是由于桩长不够引起的。为了研究不同桩长对边坡稳定的影响，本章分别取桩长度为24m、26m、32m进行研究，开挖结束后边坡的桩的变形（以桩往右移动为正）见图2。
（a）靠边坡一侧 （b）远离边坡一侧
图2 不同桩长下桩变形图
从以上图可以看出，随着围护桩入土深度的增加，基坑周边边坡的沉降量和影响范围逐渐减小，但边坡沉降的最大位置均出现在距基坑边11m左右的位置，同时可以发现围护桩入土深度从0.7m增加到2.7m和从2.7m增加到8.7m（桩入土深度为桩长减去基坑开挖深度，本基坑开挖深度23.3m），两者引起的沉降减小值大体相同，因此，桩入土深度的增加应控制在一定值，当超过此值时，桩入土深度再增加对边坡沉降的影响变化不大，反而会增大工程造价。可以看出桩长取26m时较为合理。
3.2桩刚度对基坑及边坡变形影响分析
为了研究支护桩刚度对边坡稳定的影响，在保持其他条件不变的情况下，以实际桩刚度EI为基准进行增减将支护桩的刚度分别取0.1EI、0.5EI、EI、2EI进行数值模拟分析，研究方法与上类似，通过数值模拟计算可以得出，由于存在边坡的影响，基坑靠近边坡一侧的桩出现“前倾型”的变形，远离边坡一侧的桩出现“弓形”变形，并随着刚度的增加，桩出现最大水平位移位置从靠近边坡一侧的-4m处到远离边坡一侧的桩顶处，同时桩刚度对靠近边坡一侧桩中上部的水平位移和远离边坡一侧桩中下部的水平变形影响很大，对其他位置处影响较小。而桩的弯矩呈波浪形分布，并随着支撑刚度的增加，其最大正弯矩和最大负弯矩将不断增大。因此，增大支护桩刚度有利于控制支护结构的最大变形以及周围边坡的稳定，支护桩的刚度与支撑的刚度应处于一个合适的比例量级才能很好的协调支护结构的变形和边坡的稳定。
3.3桩间距对基坑及边坡变形影响分析
为研究不同桩间距条件下边坡的稳定情况，本文在其他条件不变的情况下，取桩间距为1.35m（实际桩距），1.6m，2.0m进行研究。研究方法与上类似，通过数值模拟计算可以得出，随着桩间距的逐渐增大，围护结构变形越大。为满足边坡沉降和支护桩稳定，本计算中认为桩间距取1.35m较合适。
4结论
通过对不同影响因素作用下桩变形、桩弯矩等进行分析，得出了以下结论：
1）边坡沉降对桩长度的变化最为敏感，而受支撑预应力的影响，其变化最小；
2）基坑围护结构变形受围护结构刚度变化影响较为明显，受桩间距变化影响最小；
3）在该工程中，模拟结果表明它的合理桩长应为26m，合理桩间距为1.35m；
参考文献：
[1]刘格非.山区城市高边坡下深基坑工程实例[J].福州大学学报.1999，12：75-78.
[2]丛庆珠.重载边坡的深基坑开挖支护技术[J].福建建筑.2009，9：89-98.
[3]刘光，李昊勇.深圳地铁民治站深基坑施工技术[J].石家庄铁道学院学报.2009，3：109-111.
[4]徐志兵.不对称荷载作用下的基坑变形研究[D].南京：东南大学，2005.
[5]龚晓南，高有潮.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.19-25.
[6]聂淼.深基坑开挖过程数值模拟及支护对策[D].贵州：贵州大学，2009.
论文作者:王宝涛
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/4/5
标签：基坑论文; 刚度论文; 间距论文; 深度论文; 结构论文; 弯矩论文; 因素论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;