基于荷载作用下新型多盘土钉墙数值模拟分析

2021-06-21刘跃跃

卷宗 2021年14期

刘跃跃

（安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 230001）

1 多盘土钉墙介绍

本文提出的多盘土钉墙，其是边开挖基坑，边在基坑边坡上设置多盘土钉，可通过钻孔、利用成盘工具在土中形成盘空腔等步骤来设置，然后在坡面支模并喷射水泥砂浆待其凝固后，就形成了类似挡土的结构。该支护结构由多盘土钉、水泥砂浆和土体三者以紧密结合的方式形成，主要是由多盘土钉以单层或多层的方式通过与加固后原位土体形成一个组合体，可以抵抗墙后的土压力，也可以把面层上受到的土压力传递到更稳定的土层中，从而保持了开挖面的稳定。

2 基坑变形分析

根据实际工程及以本模型概况，本模拟分为4步进行：基坑开挖前，使土体先进行自重应力平衡；将上述位移清零后，然后放坡开挖，施加第一道多盘土钉，计算到达新的平衡；在进行第二步开挖，并施加第二道多盘土钉，计算达到新的平衡；之后在基坑顶部进行分级加载模拟。通过FLAC3D软件模拟，把数据导出来，并绘制成载荷-位移曲线。如图2所示，是基坑第二步开挖支护后，对基坑顶部进行竖向加载，加载区间为0kpa到20kpa，每级加载2kpa，共11级加载。

图1 荷载下坡面最大水平位移

图2 加载时基坑顶部的最大沉降量

从荷载下坡面水平曲线中发现，在没有外加载荷时，新型挡墙的侧向变形最大时，其值仅为-4.18mm，比等径土钉墙小了近六分之一。在顶面负载达16kpa时，多盘挡墙变形的最大值仅仅达到了-6.67mm，比普通土钉墙下减小了64.9%。当外在载荷到达20kpa时，等径挡墙下的最大变形为29.6mm，比新型土钉墙变形大了53.3%。从上述图中明显地观察到在荷载作用下，新型挡墙对基坑变形的控制明显优于等径挡墙。

由图2知，随着荷载的增大，两种模型的最大沉降量逐渐增大，并且新型挡墙的坑顶最大沉降量曲线均在普通土钉的上方，多盘挡墙的变形增长小于普通土钉墙。说明了在荷载作用下，对坑外土沉降控制最有效的是多盘挡墙。在无外加负载时，两者变形相差很小；随着载荷增加了16kpa后，发现多盘挡墙的最大变形为-4.06mm，比等径土钉减小了72.2%；荷载到20kpa后，新型挡墙的最大沉降量为-12.45mm，等径挡墙的为-27.6mm.多盘土钉的最大沉降相较于等径土钉减小了54.9%。

这主要是因为钉盘的存在，使得土钉与土体的接触面增大了，从而使得土体受力能力提升；钉盘可以分担土体中很大一部分的荷载，亦可以把受到的土压力传递到更稳定、更深层的土层中，并向稳定土体中扩散。故新型挡墙的支护机理概述为以下方面：

1）新型挡墙结构中，多盘土钉会与土体形成共同承受外力的组合体，从而可以约束土体变形。

2）多盘土钉可以分担土体中很大一部分的荷载作用，其抗拉能力高、抗剪强度高且盘体的存在使得应力向多盘土钉中的盘体转移，多盘段分担应力的大小除外界因素和多盘段自身强度的影响外，还受多盘段直径、长度的影响。另外盘体的存在，延缓了塑性区的开展以及土体开裂面的出现，其对荷载作用下土体裂缝出现的位置以及裂缝区域的形成也有所影响。

3）由于土层中常伴有裂缝，在进行注浆时，浆液会向裂缝中扩散，形成胶结，盘体的存在使得接触面积增大，从而提高了其与土体的相互作用，也就提高了盘阻力，同时也使得土体的强度有所提高。