深基坑土钉墙支护模拟分析

来源:用户上传      作者: 葛培　陈晓红　蒲娟　胡静

　　【摘要】利用FLAC3D软件对深基坑土钉墙边坡支护进行数值模拟。分析不同土钉间距和土钉长度对边坡稳定性的影响。从而得出合理的土钉间距和土钉的长度。可以利用这些有价值的结论，为我们边坡土钉墙设计和施工提供参考资料。
　　【关键词】FLAC3D 土钉墙 土钉间距 土钉长度
　　1.引言
　　我们的城市建设过程中，常常需要开挖深基坑。大部分深基坑无法满足较小坡角的放坡要求和边坡自稳定性要求。所以大多数深基坑都需要进行边坡支护设计。在我们常用的基坑边坡支护结构中，土钉墙施工速度快，可靠性高而受到广泛的应用。
　　本文主要是利用FLAC3D软件，模拟了土钉不同间距和不同长度对深基坑边坡位移的影响。从中找到最合理的土钉墙支护方案，可以为我们实际基坑支护的设计和施工提供一些有意义的资料。
　　2.数值计算模型及土质参数
　　本工程分别计算和讨论了原土钉墙计算模型、土钉加长1m计算模型、下部土钉加密计算模型、边坡土钉全部加密计算模型四种情况。图1所示为原土钉墙计算模型。
　　3.理论基础
　　现在常用的理论计算方法为：土钉支护应根据施工期间不同开挖深度及基坑底部面以下最危险滑动面采用圆弧滑动简单条分法[1]按下式进行整体稳定性验算：
　　在土钉力的各种计算方法中，经验土压力的分布并不是真正的土压力分布形式，而是考虑施工过程的土钉力的分布形式，基坑规程和土钉规程计算土钉力都存在不合理的地方，增量法计算相对复杂一些，而土钉力的简化计算方法则[2]是一种更为简便的近似计算方法，这种方法假设：边坡的不平衡土压力全部由土钉分担，不平衡土压力的大小为郎肯主动土压力，而土钉力沿深度的分布则采用的近似经验图，由于分层土体和有一定斜坡的不平衡土压力，都能合理计算，减少了人为经验，因而可更好的反映实际，这样我们将采用经验土压力的分布形式来分配由于开挖而产生的不平衡土压力――郎肯土压力，从而求得各土钉力的大小。
　　4.土钉墙的软件分析
　　从上面四幅图中我们可以看到，增加土钉墙后可以有效的减小基坑边坡x方向的位移。图2情况下x方向的最大位移为6.4cm，图3情况下x方向的最大位移为5.7cm，图4情况下x方向的最大位移为6.16cm，图5情况下x方向的最大位移为6.18cm。这四幅图的最大位移的位置都位于边坡底部。那么在边坡底部加密土钉应该可以有效减小x方向的位移。在下部土钉加密和边坡土钉全部加密两种情况下，下部土钉加密反而比边坡土钉全部加密最大位移更小。所以在选择支护方案时我们应该优先选择在边坡下部进行土钉的加密，而不采用边坡土钉全部加密的方案。
　　从上面四幅图中我们还可以总结出，增加土钉长度是最有效的边坡支护方案。增加土钉长度比加密土钉的密度更加有效。因为增加土钉长度，可以加大边坡土体整体性的区域面积。同时还可以增加土钉和土体之间的摩擦力。而增加土钉的密度，有可能使土钉的摩阻力相互重叠作用，反而达不到预期的效果。
　　从图7我们可以看到2、5、6、7、11、13监控点的位移变化过程。基坑底部和基坑顶部的2、11、13点的位移较小，而在边坡底部的5点位移最大。土钉的拉力在边坡的底部最大，然后依次向上逐渐减小。所以我们设计时应该注意在边坡底部的土钉应该增大截面面积，同时应该增加土钉的长度。这样才能保证边坡底部的土钉不会因为拉力过大而屈服。
　　5 结论
　　（1）在基坑边坡土钉墙进行支护后，在边坡堆载的情况下，边坡的底部变形最大。
　　（2）在土钉墙支护中，加长土钉的长度是抑制边坡变形最有效的方法。
　　（3）在土钉墙支护中，在边坡底部加密土钉比全部边坡加密土钉更加有效。
　　（4）在边坡的底部土钉承受的拉力是最大的，随着边坡向上土钉的拉力逐渐减小。
　　参考文献：
　　[1] 杨光华.深基坑支护结构的实用计算方法及其应用.北京：地质出版社，2004.4
　　[2] 杨光华，曾进群，李思平，杜秀忠，李德吉.基坑支护土钉力的简化计算.第九届全国土力学及岩土工程学术会议论文集，清华大学出版社，2003.10
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