基于MIDAS/GTS双排桩支护结构三维有限元模拟

2017-03-23万晋军

治淮 2017年3期

关键词：桩体侧向后排

万晋军

（安徽省淮南市排灌总站淮南232000）

基于MIDAS/GTS双排桩支护结构三维有限元模拟

万晋军

（安徽省淮南市排灌总站淮南232000）

基于凤台县菱角湖排涝站基坑的工程背景，使用通用有限元分析软件Midas/GTS研究分析双排桩支护的力学特性，对比分析前后排桩间距不同、后排桩加预应力锚索和后排桩加集中力三种情况的结果。研究表明：排距增加将减小桩身的位移，加锚索和加集中力对桩体的侧向位移和前排桩的弯矩影响较小，不加锚索时后排桩的弯矩较小。

深基坑双排桩三维有限元有限元模型

1引言

水利工程地下结构发展较快，在工程位置和施工条件受约束的前提下对于基坑支护的要求越来越高。在近年来基坑支护的发展中，一种新的支护结构——双排桩，开始广泛运用在基坑支护领域。双排桩是由两排平行的钢筋混凝土桩以及桩顶的冠梁形成的空间门架式结构体系。这种结构侧向刚度较大，对于基坑围护结构的位移有较大的限制作用，因而采用双排桩的基坑深度比一般采用悬臂式围护结构的基坑深度要深。双排桩在结构上类似于嵌入土中的门式框架，因此在施工时没有必要设置内支撑。相较于内撑式与悬臂式围护结构，具有受力条件好、施工方便的优点。

2工程概况与计算模型

2.1 工程概况

淮南市凤台县菱角湖电力排涝站基坑开挖深度为17.8m，西南侧为淮北大堤（S102），东南侧为城防堤（农水西路），另两侧为空旷场地，整个基坑为切入淮北大堤和城防堤的交叉处的四边形。由于淮北大堤是一类堤防，若采用桩锚支护结构，锚杆或锚索会打入堤坝基础，这是不允许的；由于场地狭小，不允许使用放坡。统合考虑内支撑和双排桩支护时，基坑面积较大（约140m×200m），若全部采用内支撑，效果劣于双排桩支护，所以在基坑的西南面和东南面采用双排桩支护，角部采用角撑支护，见图1。

2.2 土层物理力学参数

选取本基坑场地内的代表性的钻孔zk7（见图1）作为计算的依据，钻孔内的土层主要分为5层，由上至下分别为砂质粘性土（1）、砂质粘性土（2）、全风化片麻岩、强风化片麻岩、中风化片麻岩。各层土的物理力学参数见表1。

图1 基坑支护平面布置图

表1 各层土的物理力学参数表

表2 各材料的参数取值表

2.3 支护结构参数的选择

在本基坑中，双排桩的桩身材料采用C25混凝土，冠梁材料采用C30混凝土，桩顶嵌入冠梁中100mm，各材料的参数如表2所示。

表3 不同排距的计算结果表

2.4 有限元模型

Midas/GTS是为了能够完成对岩土及隧道结构的结构分析与设计而开发的“岩土隧道结构专用有限元分析软件”。Midas/GTS与其他岩土隧道分析软件相比有其自身的特点，它不仅是通用的分析软件，而且包含了岩土和隧道工程领域最近发展技术的专业程序，具有应力分析、渗流分析、应力—渗流耦合分析、动力分析、边坡稳定分析、衬砌分析等多种分析功能，提供了包括静力分析、施工阶段分析、稳定流分析、非稳定流分析、特征值分析、时程分析、反应谱分析、固结分析等功能。

该基坑的双排桩支护使用大型有限元软件Midas/GTS进行模拟分析，计算的模型选取一个宽度为8.0m的单元。

2.4.1 土体模型

在本基坑土体使用Mohr-Coulumb弹塑性模型和Mohr -Coulumb破坏准则。各层土的厚度及物理力学参数如表1所示。

2.4.2 双排桩模型

双排桩模型使用弹性本构，桩体使用梁单元，冠梁使用实体单元，冠梁与桩体耦合，桩体与土体的接触使用同一结点，不考虑地下水的作用。

2.4.3 边界条件

模型在模拟开挖过程与实际的相同，坑深为17.8m，边界条件包括：非开挖侧为水平约束，开挖侧与底部为竖向约束。