基于HSS模型对深基坑止水帷幕的挡土效应分析

2022-07-25谢晓风华建兵

四川建材 2022年7期

谢晓风，华建兵，2

(1.安徽理工大学建筑与土木工程学院，安徽淮南 232001；2.合肥学院城市建设与交通学院，安徽合肥 230601)

0 前言

随着中国的城市化发展，节能减排和碳中和成为了当前的主要任务。而目前大部分建筑设计只考虑了排桩的挡土功能而没有考虑高压旋喷桩止水帷幕的挡土作用，造成了钢筋、水泥的浪费，不符合当前的“十四五”规划纲要中提出“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生”的要求。所以在考虑安全性的前提下，节省材料也成了首要任务。本文以安徽省宿州市埇桥区某大型基坑项目为基础，利用plaxis2D软件建立有限元模型。分析了在实际工程中高压旋喷桩止水帷幕不同宽度和深度情况下排桩支护水平位移的变化。

1 工程概况

1.1 工程简介

本项目拟建地点位于安徽省宿州市埇桥区，火车站铁路以东，沱河以南，港口路以西，道东大街以北，项目基地西侧与宿州站站房相临，最小距离为9 m，站房同期建设，本工程为宿州东站站前广场改造工程，地下基坑长196 m，宽150 m，深度为5 m。考虑到基坑南侧拟建胜利路下穿隧道(同期施工)西侧为新建宿州站站房(同期施工)，基坑南侧、西侧支护结构安全等级按二级考虑，其余地区周边环境条件相对较好，基坑结构安全等级按三级考虑。

1.2 水文地质条件

施工场地空旷，地势较为平坦，场地内堆有大量杂填土、杂草等。拟建场区无大的区域构造、活动断裂等，属于区域地质构造比较稳定地区。

2 有限元模型的建立与分析

2.1 有限元模型建立的一些基本假定

土体硬化模型(HS模型)是假设土体的卸载再加载是弹性形变[4]。但实际工程中土体不可能是完全弹性的，完全弹性只能应用于应变处于非常小的时候。当应变逐渐变大时。土体的刚度会变为非线性。而小应变土体硬化模型[5](HSS模型)继承了土体硬化模型的优点，又在此基础上增加了G0ref和γ0.7，来显示小应变刚度即初始小应变模量G0ref和剪切应变水平γ0.7(割线模量Gs减小为原来的70%)，土层参数如表1所示。

表1 各土层HSS本构模型参数表

2.2 几何模型的建立

钻孔灌注桩组成的排桩结构采用板单元来模拟，采用等效刚度原则[6]，将排桩结构等效为刚度相同的板结构，支护结构参数如表2所示。

表2 支护结构参数表

本模型采用15节点单元，进行计算区域的网格划分，共划分为9 037个单元，73 037个节点。土体采用二维单元，斜支撑采用点对点锚杆单元，并同时采用线弹性本构模型，地下连续墙采用板单元。模型建立区域通常为开挖深度的3～5倍，因此采取265 m×25 m。模型截断边界对模型的影响可忽略不计。因为土结构相互作用界面比土体之间相互作用小，故Rinter强度折减系数取0.7。基坑的开挖使用plaxis2D的冻结命令来实现。

3 计算结果分析

对选定模型进行真实开挖进程的模拟，分别对不同高压旋喷桩止水帷幕的宽度和深度两种工况下的变形进行计算比较。

3.1 止水帷幕宽度对排桩水平位移的影响

通过plaxis2D模型分析以下5种情况：使用高压旋喷桩深度为18.8 m,弹性模量为200 MPa，高压旋喷桩之间搭接长度为200 mm，高压旋喷桩宽度分别设置为D=0 m，D=0.8 m，D=1.35 m，D=1.9 m，D=2.45 m，提取出排桩桩身水平位移的数值，进行比对。将数值导入origin软件制成图1。