地下室基坑桩锚支护有限元分析

图 2 基坑计算模型
土体采用摩尔库伦模型进行模拟，土体参数 如表 1 所示。
渊二冤基坑开挖分步概述 基坑开挖施工一共分为 7 步进行模拟：①施工 围护钻孔灌注桩；②向下开挖 4.5 m，施工第一层锚
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图 3 各工况下围护桩剪力图
图 4 为各工况下围护桩的弯矩图。随着基坑 开挖深度的加深，围护结构受到的最大弯矩位置
近年来，随着超高层建筑的不断涌现，周边环 境的不断变化，基坑开挖朝着更大、更深和更复杂 的方向发展，基坑支护也成为 21 世纪一项重要的 研究内容。对于土质以粘土、岩石为主的地区，桩 锚支护技术具有施工空间大、受力好的优点，在深 基坑支护中得到广泛应用。但是现有支护计算仅 仅停留在理论阶段，许多公式均为经验公式，无法 准确地得到围护结构的受力状态，许多参数只能 通过经验及监测数据获取。而数值模拟方法对基 坑受力及位移分析方面具有较大优势。[1~3]
3.7 7.5 0.25 19.5
28
15
3.5 6.5 0.28 17.8
22
14
3.6 30 0.30 20.0
20
35
26.6 59 0.30 21.0
30
42
索；③向下开挖 2.2 m，施工第二层锚索；④向下开 挖 2.4 m，施工第三层锚索；⑤向下开挖 2.6 m，施工 第四层锚索；⑥向下开挖 2.6 m，施工第五层锚索； ⑦开挖至基坑底。
一尧工程实例
渊一冤工程概况 某工程位于福建省，拟建建筑面积约 20 万平 方米，含 4 栋 20 层主楼及 4 层裙楼，主楼为框剪 结构，裙楼为框架结构。该工程设计为三层地下 室，基坑开挖深度约为 15 m，基坑周长约 520 m， 基坑安全等级为一级，重要性系数为 1.1。 渊二冤工程地质条件 根据地勘资料，场地土质由上至下依次分为： 人工填土（由粘性土和碎石组成，层厚约 2.1 m）、 含砾粉质粘土（软塑 - 硬可塑，层厚约 0.5 m）、粉
质粘土（可塑为主，局部软塑，层厚约 3.7 m）、粘土 （层厚约 3.5 m）、强风化泥灰岩（岩体风化裂隙发 育，层厚约 3.6 m）、中风化泥灰岩（原岩结构清晰， 风化裂隙一般发育，层厚约 26.6 m）。
渊三冤基坑支护形式 本基坑的工程特点：①场地周边环境较好，经 建设单位与有关部门沟通，具备可回收锚索超红线 的可能性。②场地土质以粉质粘土、中砂、圆砾为 主，土质情况较好。 根据以上特点，从经济、安全、可行的原则出 发，以及周边已有的工程经验，确定本基坑工程采 用钻孔灌注桩加可回收扩大头预应力锚索的支护 形式，止水采用三轴搅拌桩的支护形式。钻孔灌注 桩直径为 1 m、间距 1.2 m、桩长为 21 m，混凝土强 度等级为 C30；设 5 排可回收扩大头预应力锚索， 倾角 20°，长约 20 m，采用 ΦS15.2 预应力钢绞 线。基坑支护剖面图如图 1 所示。
二尧有限元计算模型
渊一冤计算模型与岩土参数 根据现有资料及围护方案，采用大型非线性有 限元软件 ABAQUS 对本基坑桩锚支护结构建立数
收稿日期院2019-03-28 作者简介院林新梅渊1982-冤袁女袁福建永安人遥 讲师袁硕士袁研究方向院建筑技术尧工程造价遥
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第 18 卷第 4 期
襄阳职业技术学院学报
三尧计算结果分析
渊一冤围护结构受力分析 由于围护钻孔灌注桩受到锚索拉力作用，在桩 身锚索锚固处，围护结构受力发生突变。在第一步 施工围护桩时，由于基坑尚未开挖，剪力和弯矩均 为 0。由图 3 可以看出，剪力随着基坑开挖深度的 加深，围护结构受到的剪力依次增大，同样围护结 构受到最大剪力的位置依次加深，直到基坑开挖 到底，产生最大剪力，为 325.6 kN。
林新梅院地下室基坑桩锚支护有限元分析
图 4 各工况下围护桩弯矩图
也同样下移。在工况 7 时，围护桩中部产生最大弯 矩值，为 -567.8 kN·m。而工况 5 及工况 6 产生的 最大弯矩值要小于之前的工况，与之前工况相比， 曲线变化也相对较小。
渊二冤围护结构位移分析 从图 5 可以看到，随着基坑不断向下开挖，会引 起坑底的局部隆起，隆起位移变化呈抛物线，整个基 坑的中间区域坑底隆起最大。在距离本基坑 40 m 范 围区域，基坑隆起量的变化较小，为 1 mm 左右。当 基坑开挖到底（工况 7）时，基坑隆起位移达到最大， 约 42 mm。但与上一工况相比，隆起位移增长较小， 说明桩锚支护体系对基坑隆起具有约束作用。
表 1 土体力学参数
土层 名称
人工 填土
含砾 粉质 粘土
粉质 粘土
粘土
强风 化泥 灰岩
中风 化泥 灰岩
土层 厚度 （m）
弹性模 量E
（MPa）
泊松 比 （ν）
重度 γ （kN/m3）
粘聚力 /C
（MPa）
内摩擦 角 /Φ （MPa）
2.1 10 0.20 18.0
8.0 10.0
0.5 10 0.22 19.1 13.0 23.0
2019 年第 4 期
图 1 基坑支护剖面图
值计算模型并进行分析，根据本基坑的实际尺寸， 建立几何模型如图 2 所示。模型宽为 110 m，开挖 深度设为 15 m，计算深度取基坑开挖深度的 3 倍， 约为 60 m，计算宽度取基坑开挖深度的 2 倍，约为 50 m。围护钻孔灌注桩采用梁单元模拟，可回收预 应力扩大头锚索采用线单元进行模拟。整个计算 模型对水平方向进行三向约束，对竖直方向进行 二向约束。围护桩与土体采用接触模型约束，锚索 与土体采用 tie 约束。
拟分析袁研究在基坑开挖过程中袁围护结构受到的内力和位移遥 研究结果表明院支护桩中部的内
力值较大曰基坑的隆起呈类似抛物线分布曰支护桩水平位移随着开挖深度的增加而增大袁并与理
论计算做对比遥 研究为基坑工程的设计尧施工提供了一定理论依据遥
关键词院有限元曰基坑曰桩锚支护
中图分类源自文库院TU753
文献标识码院A
文章编号院2095-6584渊2019冤04-0063-04
2019 年 7 月 第 18 卷第 4 期
襄阳职业技术学院学报 Journal of Xiangyang Polytechnic
July,2019 Vol.18 No.4
地下室基坑桩锚支护有限元分析
林新梅
渊福建水利电力职业技术学院 建筑工程系袁 福建 永安 366000冤
摘要院以福建省某工程为基础袁利用有限元软件 ABAQUS 对基坑桩锚支护结构进行数值模