李飛 范孟華

摘要：復(fù)合土釘墻是一種介于樁錨和土釘支護方式之間的半剛性支護。通過復(fù)合土釘墻在放坡基坑中對于退臺間距和錨桿結(jié)構(gòu)的受力性能的分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)置退臺間距有效的改變基坑的土壓力分布和穩(wěn)定基坑邊坡效果。

關(guān)鍵詞：退臺間距；二級放坡；有限元

一、復(fù)合土釘墻支護構(gòu)件受力性能分析

復(fù)合土釘墻組合各個構(gòu)件，形成了常見的四種不同的支護結(jié)構(gòu)，每一種支護構(gòu)件擁有不同的受力特性，在組成的不同類型的復(fù)合土釘墻中發(fā)揮著合作協(xié)同的作用。

（一）土釘

土釘是復(fù)合土釘墻的基本受力構(gòu)件，土釘在基坑中得布置形式有矩形、梅花式，基本的土釘結(jié)構(gòu)靠密集的布置形式，成為土體的骨架，讓土釘和周圍的土體形成一種密集效應(yīng)，來穩(wěn)定土體形成了一種復(fù)合形式的重力擋墻結(jié)構(gòu)。

（二）預(yù)應(yīng)力錨桿

預(yù)應(yīng)力錨桿是在土釘?shù)幕A(chǔ)上，對部分深入土體的結(jié)構(gòu)澆筑混凝土從而與混凝土、土體以及穩(wěn)定的巖土體錨固在一起，另外對部分施加先張的預(yù)應(yīng)力，將錨桿的錨頭固定在有一定的強度的網(wǎng)噴混凝土面層，提高了對土體的抗拉[1]?？辜裟芰?。錨固端離開了潛在的滑裂面土體，提高了土體的抗滑移能力，減小了塑性區(qū)，破壞區(qū)。

（三）微型樁

預(yù)先植入土體中的微型樁有超前加固土體作用。在微型樁施工對樁孔和樁周多次注入水泥漿，提高了樁和樁周土體的強度，使得樁與周圍土體形成了巨大的強度差，他們之間的差異限制了一定范圍內(nèi)的土體變形，也改善了開挖后土體應(yīng)力釋放影響的土體受力和變形。

二、工程案例

以鄭汴物流大道北側(cè)的龍王廟村安置房一永盛家園，擬建設(shè)場地原為龍王廟村，場地標(biāo)高變化為82.0m-83.5m，場地高程起伏較小。場地所在區(qū)域主要為四系全系統(tǒng)河流堆積物，工程地質(zhì)條件較好。地下水位較低，可以忽略不計。

本文的工程案例所采用的是微型樁一復(fù)合土釘墻支護結(jié)構(gòu)的二級放坡基坑，深度是十米，開挖工況分為七步，分別對基坑的上下兩部分采用土釘墻支護結(jié)構(gòu)和復(fù)合土釘墻結(jié)構(gòu)。

三、有限元數(shù)值模擬模型

采用了巖土結(jié)構(gòu)常用的仿真模擬有限元軟件ABAQUS，對基坑進行模擬，模擬的尺寸要求達到以不影響計算為準(zhǔn)[2]，開挖深度為10米，放坡間距是5米?；涌油馊￠_挖深度的2.5倍，豎向取開挖深度的3倍，考慮到開挖的三維效應(yīng)，深度為6米，綜合基坑的尺寸為40×6×30m。

對基坑開挖面層具有一定的強度，面層應(yīng)該與土體緊密的相連接，在有限元ABAQUS中面層要與土體存在著切向和法向應(yīng)力[3]，在切向采用罰（Penalty）公式來確認由于網(wǎng)格劃分單元尺寸在土體和面層的小滑移；在法向采用硬（hard）接觸本構(gòu)模型。在有限元模擬中，將面層按照不同的層高設(shè)置分割成為不同的區(qū)域，每開挖完成一層土體，將激活該層的面層達到模擬實際中的達到一定強度的網(wǎng)噴混凝土。

四、數(shù)值模擬分析

把工程實際監(jiān)測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬所得到的數(shù)據(jù)對比分析，發(fā)現(xiàn)所表現(xiàn)的趨勢是一致的，可見所選擇做得有限元分析模型對實際工程具有一定的指導(dǎo)意義。

（一）各構(gòu)件受力分析

土釘打入基坑中，依靠群集效應(yīng)，成為土體的骨架控制著基坑的變形。土釘是被動受力構(gòu)件，隨著基坑的開挖深度的增加，基坑的土體應(yīng)力釋放，靠近邊坡的土體開始移動，各不同深度的土釘構(gòu)件開始受拉產(chǎn)生變形，其中靠近基坑中部的土釘受最大軸較其他位置大。

錨桿受力分布在自由端是最大軸力，其中在自由端是不與土體接觸的，所以自由端受力是一樣大小的，錨桿的錨固端澆筑在穩(wěn)定的巖土體中，自由端固定在面層上，施加一定值得預(yù)應(yīng)力，對土體是一種主動約束，整體受力在錨固端是逐漸減小的。

（二）對比分析二級放坡和放坡基坑

在相同的地質(zhì)條件下，應(yīng)用復(fù)合土釘墻支護結(jié)構(gòu)在二級放坡基坑和放坡基坑中進行數(shù)值模擬對比分析，對基坑的深度水平位移，不同支護構(gòu)件的最終軸力進行對比分析，基坑頂部的最終沉降對比發(fā)現(xiàn)：

隨著基坑開挖深度的增加，二級放坡得基坑支護構(gòu)件的最大軸力35.61kN，較放坡基坑最大軸力69.76kN減小了48.9%，深層土體位移29.51mm較放坡基坑小了15.62mm。其中二級放坡基坑深層水平位移處由于微型樁的預(yù)加固作用和二級放坡基坑的退臺作用，使得基坑的水平位移在基坑的中部有一些減小，對基坑位移的減小有很大的作用。

在二級放坡基坑中微型樁的預(yù)加固作用，減小基坑邊坡的水平位移，另外由于退臺寬度設(shè)置，基坑內(nèi)側(cè)的主動土壓力相對于放坡基坑是一定的，外側(cè)的由于一定寬度的退臺作用，增加了一定的被動土壓力，在微型樁的預(yù)加固作用下，在剪切阻力的作用下阻擋了一部分土體的位移，分擔(dān)了基坑下部支護結(jié)構(gòu)的受力，另外在基坑下部，退臺寬度引起了應(yīng)力的重分布，對支護結(jié)構(gòu)軸力影響較大。

預(yù)應(yīng)力錨桿在設(shè)置的開始就開始擠壓土體，有預(yù)應(yīng)力的存在使得復(fù)合土釘墻變成了一種介于剛性與柔性支護之間的一種支護結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力錨桿擠壓土體相遠離向基坑方向運動，使得周邊的土釘構(gòu)件由于土體向基坑內(nèi)移動而被動受力的土體位移得到減小，從而達到減小一定范圍內(nèi)的土釘軸力作用。

五、總結(jié)與結(jié)論

本文以工程案例為依據(jù)，采用有限元軟件ABAQUS進行數(shù)值模擬，得出在有限的用地紅線范圍內(nèi)，二級放坡之間的設(shè)置一定寬度的退臺，能夠減小了支護構(gòu)件上的最大軸力，對上部結(jié)構(gòu)受力不產(chǎn)生明顯的作用，退臺的存在在減小基坑水平位以上效果明顯；另外預(yù)應(yīng)力錨桿對一定范圍內(nèi)的構(gòu)件軸力作用。

參考文獻：

[1]彭文祥，謝雨軍，徐松山，等.預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻工作性狀試驗研究[J].中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015（4）：1468-1474.

[2]Yue.Z.Q.Automatic drilling processmonitoring for soil androck strengths andtheir spatial distribution in ground[A].Proceedings of the 2nd World Forum of ChineseScholars inGeotechnical Engineering[C]Nanjing.2005.85-90.（in chinese）

[3]錢天平.坑中坑對基坑性狀影響分析[D].浙江大學(xué)，2012.