SMW工法樁基坑支護與數值模擬研究

趙耀

摘 要：SMW工法樁是一種新型的基坑支護形式，它有一些獨特的優點，因此得到了廣泛的應用。該文通過FLAC3D有限元分析軟件對某SMW工法樁基坑支護形式進行數值模擬，得出基坑開挖過程中的樁身水平位移圖、基坑地表沉降分布圖等，并分析得出：基坑開挖過程中坑壁的水平位移的最大值在距離基坑頂部約為8 m處，基坑周圍的豎向位移的最大值在距離坑壁約為9 m處。

關鍵詞：SMW工法 深基坑支護 基坑開挖 FLAC3D有限元分析

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（b）-0043-02

近年來，隨著城市建設的發展，深基坑工程受到普遍的重視。為了降低開挖基坑時對周圍環境的影響，在實際應用中發展出了多種形式的支護結構，其中基于深層攪拌樁施工方法發展起來的SMW工法，作為一種新型的基坑圍護技術，以其經濟、工期短、適應性強等特點倍受人們的關注。該文從某工程實例出發，建立有限元數值模型進行數值計算，為SMW工法在軟土地區的研究及應用積累相關試驗數據。

1 工程概況

1.1 建筑工程概況

某建筑場區擬修建1幢18層病房樓，1幢3層門診樓，兩棟樓下均帶有二層地下室，病房樓和門診樓均為框架剪力墻結構，室內地坪標高為72.00 m，地下車庫結構類型為框架結構，室內地坪標高為48.2 m，基礎型式均為獨立基礎，基底標高為47.8 m。

1.2 工程地質概況

通過勘察資料可以得出：場地地勢為西南方向高，東北方向低，最大相差約7 m。基坑地面標高為47.8 m，開挖深度為8.5 ～16 m之間，地下水埋深位于3.4 ～6.8 m，地下水位年變幅1～2 m，基坑位于地下水位以下。基坑周邊無重點保護的建筑物，地下管線據基坑邊5.5 m。基坑整體周長約300 m，長約122 m，寬約33 m。基坑安全等級為二級，場地土層的地層資料見表1。

1.3 支護結構

該工程采用SMW工法樁支護形式，水泥土樁采用三軸水泥土攪拌樁，水泥土攪拌樁的直徑采用1 000 mm，中心間距為750 mm，內插H型鋼，布置形式采用插一跳一型，攪拌樁的入土深度比型鋼的插入深度深1m，水泥土樁22 m；內插型鋼截面采用H800×300的截面形式。錨桿水平傾角20°，水平間距為1.5 m，豎向間距為2 m，第一排錨桿為地表以下2.5 m，錨桿的參數見表2。

2 FLac3d數值模擬

2.1 計算模型的建立

此次模型建立采用簡化的模型，整個模型長45 m，寬取型鋼間距1.5 m，高取30.5 m。土體材料采用Mohr-Coulomb屈服準則，并且假設為大變形。為方便建立支護結構模型，型鋼水泥土墻和雙排樁均參照等抗彎剛度計算公式換算成地下連續墻。根據結構設計參數將型鋼水泥土墻轉換成寬度為0.53 m地下連續墻，采用實體單元，彈性屈服準則，彈性模量為30 GPa，泊松比為0.21。錨桿采用錨索結構單元（Cable單元）模擬錨桿。

2.2 基坑開挖與錨桿建立

在數值模擬計算時，應模擬整個基坑模型范圍內土體在自重作用下的固結過程，以獲得基坑的初始應力場，基坑坑內、外水位人工降至基坑底板下一定深度處，且待土體固結沉降趨于穩定后進行基坑開挖和支護，故進行數值模擬分析時可不考慮地下水作用。

土體固結后，設置SMW工法樁，樁長22 m，厚0.53 m，為保證開挖時基坑支護結構穩定性及現場施工的需要，對該基坑設置了4排錨桿并分5步進行開挖，第一排錨桿位于地表下2.5 m，其余間距2 m，基坑支護情況見圖1，對每次開挖后的位移進行分析。

3 計算結果分析

3.1 樁身位移分析

最后一步開挖完成后，基坑的水平位移見圖2，從圖2可以看出，基坑壁的水平位移在深度方向上是曲線分布，最大值在距離基坑頂部約為8 m處，水平位移的最大值約為21 mm，緊接著水平位移沿基坑深度方向減小，基坑的開挖深度約為12 m，坑底水平位移約為14 mm，在距離基坑頂部約為17 m時，水平位移接近于0。

3.2 基坑地表沉降分布

最后一步開挖完成后，基坑周邊的豎向位移見圖3，從圖3可以看出，基坑周邊地表沉降在水平方向上呈曲線分布，當與坑壁距離較小時，豎向位移隨著距坑壁距離的增大而增大，最大值距離坑壁約為9 m處，豎向位移的最大值約為14 mm，緊接著豎向位移隨著距坑壁的距離增大而減小，在距離坑壁約22 m時，豎向位移接近于0。

4 結論

通過FLAC3D有限元分析軟件對某深基坑工程進行數值模擬，得出以下結論。

（1）SMW工法樁支護的基坑水平位移和豎向位移都呈曲線分布，在開挖深度較淺時，水平位移的最大值位于基坑的底部，隨著開挖深度的增加，水平位移的最大值逐漸上移。而豎向位移的最大值則隨著開挖深度的增加，逐漸從基坑周邊向外移。

（2）基坑的水平位移最大值為21 mm，豎向位移最大值為14 mm，根據《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012可知，基坑開挖中允許最大位移量為60 mm，水平位移和豎向位移均小于最大允許位移變形量，因此可以保證基坑開挖過程的安全。

（3）在工程施工的過程中，應加強監測，并將監測數據與模擬得到的數據進行對比分析，以指導施工。

參考文獻

[1] 錢洪濤.基于有限差分法的某深基坑支護開挖過程模擬[J].河南科技，2010（8）：31-32.

[2] 周勇，朱彥鵬.框架預應力錨桿柔性支護結構坡面水平位移影響因素[J].巖土工程學報，2011，33（3）：470-476.

[3] 葉帥華，朱彥鵬，周勇.蘭州市某復雜深基坑工程設計與監測分析[J].巖土工程學報，2011，33（增刊1）：431-437.

[4] 董誠，鄭穎人，陳新穎，等.深基坑土釘和預應力錨桿復合支護方式的探討[J].巖土力學，2009，30（12）：3793-3796，3802.