單支點(diǎn)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)支點(diǎn)位置優(yōu)化設(shè)計(jì)淺析

劉蘭蘭 安　琪 劉　宇 賈浩然 姜一鳴 張　言

（長春建筑學(xué)院，吉林 長春 130607）

單支點(diǎn)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)支點(diǎn)位置優(yōu)化設(shè)計(jì)淺析

劉蘭蘭 安琪 劉宇 賈浩然 姜一鳴 張言

（長春建筑學(xué)院，吉林 長春 130607）

近年來，隨著城市建設(shè)的不斷擴(kuò)大，地下工程的大量出現(xiàn)，深基坑工程事故越來越多，究其原因，主要為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在一定程度上需依賴工程設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)判斷。本文針對這一情況，以基坑工程中常用的單支點(diǎn)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，探索支點(diǎn)位置對基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響，為類似工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

樁錨；支點(diǎn)；優(yōu)化

0.引言

根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，單支點(diǎn)排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)基坑在設(shè)計(jì)過程中，其支點(diǎn)位置的不同將會(huì)對作用在排樁上的彎矩，支點(diǎn)力的大小以及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形等產(chǎn)生影響。目前基坑支護(hù)常采用理正軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，該軟件需工程設(shè)計(jì)人員確定支錨位置等設(shè)計(jì)參數(shù)，這將對設(shè)計(jì)人員提出較高要求，特別是相關(guān)經(jīng)驗(yàn)匱乏的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行多次調(diào)整尋求合理設(shè)計(jì)結(jié)果。鑒于此，本文采用用理正深基坑7.0PB1軟件進(jìn)行試算，尋求不同開挖深度時(shí)，支點(diǎn)的最優(yōu)位置。

1.技術(shù)方案

本文在計(jì)算分析時(shí)，為考慮基坑開挖深度對計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生的影響，分別選取了開挖深度為6m、7m、8m及9m四個(gè)不同挖深的基坑進(jìn)行計(jì)算。各不同挖深的基坑，場地條件相同，地質(zhì)條件見表1。

為考察支點(diǎn)位置不同對結(jié)果產(chǎn)生的影響，計(jì)算時(shí)支護(hù)樁信息、錨桿材料信息及強(qiáng)度均相同，其中支護(hù)樁直徑0.6m，樁間距為1.4m，采用一樁一錨，結(jié)構(gòu)信息見表2。

表1　土層參數(shù)信息表

表2　支護(hù)結(jié)構(gòu)信息表

圖1　開挖深度為6m時(shí)計(jì)算結(jié)果圖

圖2　開挖深度為7m時(shí)計(jì)算結(jié)果圖

圖3　開挖深度為8m時(shí)計(jì)算結(jié)果圖

2.計(jì)算結(jié)果

依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ 120-2012，采用增量法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，分別計(jì)算了開挖深度為6m，7m，8m，9m，錨桿位于地面以下深度為1m、1.5m，2m，2.5m，3m，3.5m，4m，4.5m時(shí)，樁身最大彎矩、錨桿支點(diǎn)力、支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移及地表沉降。

圖4　開挖深度為9m時(shí)計(jì)算結(jié)果圖

圖5　不同基坑開挖深度彎矩變化圖

圖6　不同開挖深度最大水平位移與地表沉降圖

2.1同一開挖深度計(jì)算結(jié)果分析

采用理正軟件，分別計(jì)算在不同開挖深度時(shí)各不同支點(diǎn)位置作用下，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的最大彎矩、最大剪力、錨桿最大軸力與最大水平力，并計(jì)算水平位移與地表沉降曲線，如圖1～圖4所示。

從圖中可以看出，同一開挖深度下，隨著支點(diǎn)位置的下移，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的最大彎矩與最大剪力均呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)位置較為接近。雖然基坑開挖深度相同，但是由于錨桿作用位置不同，使得支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力出現(xiàn)較大區(qū)別，這也就說明對于單支點(diǎn)支護(hù)體系錨桿位置不同將會(huì)使得設(shè)計(jì)結(jié)果出現(xiàn)較大不同，而內(nèi)力的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為使得單支點(diǎn)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，支護(hù)樁彎矩（即支護(hù)樁配筋）最小的最優(yōu)支點(diǎn)位置。但與支護(hù)樁最大彎矩不同，錨桿支點(diǎn)力隨支點(diǎn)位置不斷下移逐漸增加，主要由于開挖深度越大，那么作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力越大，支護(hù)結(jié)構(gòu)需提供更大的反力平衡不斷增加的土壓力。

2.2不同開挖深度計(jì)算結(jié)果分析

現(xiàn)將不同開挖深度時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大彎矩繪于圖5。從圖5中可以清楚地看出，雖然開挖深度不同，但是最大彎矩的變化趨勢一致。

從本次計(jì)算結(jié)果看，開挖深度為6m、7m、8m與9m最優(yōu)位置分別位于地面以下2.5m、3m、3.5m與4m，位于基坑開挖深度一般以上0.5m處，對于單支點(diǎn)樁錨支護(hù)體系，隨開挖深度的不斷增大錨桿最優(yōu)位置不斷下移。

將不同開挖深度時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移與最大地表沉降繪于圖5。從圖6中可以看出，隨著支點(diǎn)位置的不斷下移，作用在各開挖深度支護(hù)結(jié)構(gòu)上的最大位移均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為單支點(diǎn)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)水平與豎向變形最小的最優(yōu)位置。

從本次計(jì)算結(jié)果看，開挖深度為6m、7m、8m與9m最優(yōu)位置分別位于地面以下2.5m、3m、3.5m與4m，位于基坑開挖深度一般以上0.5m處，與彎矩最優(yōu)位置相同。地表最大沉降分別位于地面以下3.5m、4m、4.5m與5m，位移基坑開挖深度一半以下0.5m處。

結(jié)論

通過本文的計(jì)算與分析，可以看出相同開挖深度不同支點(diǎn)位置將會(huì)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移均產(chǎn)生較大影響，在實(shí)際工程的設(shè)計(jì)計(jì)算中需根據(jù)實(shí)際工程情況，尋找最優(yōu)支點(diǎn)位置。

（1）經(jīng)過計(jì)算，得到了同一開挖深度，不同支點(diǎn)位置支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移分布，均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。

（2）通過對比計(jì)算結(jié)果得到了不同開挖深度支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移同支點(diǎn)位置的變化規(guī)律，得到了內(nèi)力最優(yōu)及位移最優(yōu)支點(diǎn)位置，其中內(nèi)力與水平位移最優(yōu)支點(diǎn)位置相同，為基坑開挖深度一般以上0.5m處，地表沉降最優(yōu)支點(diǎn)位置為基坑開挖深度一半以下0.5m處。

［1］劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊（第二版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］ JGJ120，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］ GB50010-2001，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］ JGJ94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

TU311

A

吉教科合字【2016】第539號(hào)，非飽和土增濕變形與敏感性參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究。