土釘墻支護體系的受力分布特征分析

張丹 周宸 翟航

(中兵勘察設計研究院，北京 100053)

0 引言

土釘墻是最常用的基坑支護方式之一［1，2］，其工作原理是一種原位土體加筋技術。將基坑邊坡通過由鋼筋制成的土釘進行加固，邊坡表面鋪設一道鋼筋網再噴射一層混凝土面層和土方邊坡相結合的邊坡加固型支護施工方法。其構造為設置在坡體中的加筋桿件(即土釘或錨桿)與其周圍土體牢固粘結形成的復合體，以及面層所構成的類似重力擋土墻的支護結構［2］。

由于土釘墻支護體系是一個長度、寬度和深度組成的三維空間結構，因此其分析計算是一個復雜的三維空間問題［3，4］。

本文以北京某土釘墻基坑為例，通過采用FLAC3D進行三維模擬計算分析，分析土釘受力的空間效應及分布特征。

1 工程情況概述

該項目位于北京市亦莊開發區，基坑支護深度約10 m，土釘墻支護，邊坡采用1∶0.3放坡，共布設6排土釘，自上而下長度分別為6.0 m，8.0 m，9.0 m，7.0 m，6.0 m，4.0 m，土釘間距 1.6 m(垂直)×1.5 m(水平)。

場地內土層分為人工填土層、一般第四系沉積層兩個大層，地層參數見表1。

表1 地層參數取值表

人工填土層:雜填土①層，粘質粉土素填土①1層。

第四系沉積層:細砂②層，粉砂②1層;粘質粉土③層;細～中砂④層;粉質粘土⑤層。

基坑施工及運行期間采用管徑降水對地下水進行抽降，因此，不考慮地下水影響。

2 基坑模型

為更好的模擬土釘受力的空間效應，分別選取了以陽角、陰角為特征的模型分段進行數值模擬分析(模型見圖1，圖2)。

1)模型參數:陽角特征段:194 384單元，35 673個節點，長50 m，寬50 m，高20 m，固定邊界條件;陰角特征段:213 560單元，38 996個節點，長50 m，寬50 m，高20 m，固定邊界條件。2)單元選取:土釘、面板分別用FLAC3D中的Cable，Shell結構單元進行模擬，面板Shell與錨桿Cable采用剛性連接，結構單元與土層之間接觸通過無厚度的Interface單元進行模擬。3)計算模型:模型在進行開挖前初始地應力計算過程中采用彈性模型，開挖開始后采用摩爾—庫侖屈服準則和受拉破壞屈服準則。

圖1 基坑陽角特征段模型圖

圖2 基坑陰角特征段模型圖

3 數值分析

在陽角、陰角段分別選取兩個特征剖面，兩剖面分別具有距離陽、陰角較近和距離陽、陰角較遠的特征(見圖3，圖4)。

圖3 陽角段特征剖面位置圖

圖4 陰角段特征剖面位置圖

將各剖面沿高度方向各排土釘及土釘沿長度方向各段的受力分別進行分析(見圖5，圖6)(圖中1段～4段為該步土釘自面板向外各均分段，1步～6步為該剖面自上而下各步土釘)。

圖5 陽角段剖面土釘各段受力分布圖

圖6 陰角段剖面土釘各段受力分布圖

根據圖5，圖6分析結果可見，土釘受力受空間分布特征影響明顯，分布高度、土釘長度、平面分布等均對土釘的受力大小造成影響。

4 結論及建議

通過北京某基坑工程實施及數值模擬結果，得出以下結論及建議:1)土釘受力在其分布特征上具有明顯的空間效應，土釘分布的高度、長度、平面位置等均對土釘的受力大小造成影響;2)土釘沿長度方向上受力呈明顯的梭形分布，即端部較小，中部較大;3)沿基坑高度方向分布的各排土釘受力在邊坡高度1/3～2/3位置最大，兩端較小;4)靠近陽角剖面，各排土釘受力較其他剖面略大，邊坡高度1/3～2/3位置的土釘受陽角影響較為明顯;5)陰角、遠離陽角等剖面土釘受力差別較小，受基坑尺寸等條件的影響，空間效應特征不明顯。

［1］王步云.土釘墻設計［J］.巖土工程技術，1997(4)：30-41.

［2］JGJ 120-2012，建筑基坑支護技術規程［S］.

［3］吳志敏.土釘支護結構的空間效應研究［D］.杭州：浙江大學，2006.

［4］楊育文.土釘墻空間效應和平滑破壞模式的三維分析［J］.巖土力學，2004，25(S2)：227-230.