Deformation Characteristics of the Pile-anchor Supporting Structure of Deep Foundation Pit with Cracks
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摘要: 由于开挖量大、施工周期长、施工环境复杂等特点，深基坑工程容易发生施工安全事故。以重庆市某含裂隙岩质深基坑工程为背景，采用有限差分软件FLAC3D建立三维数值模型，模拟了在多层预应力锚索桩板挡墙支护下基坑全开挖过程。基于数值结果分析了基坑开挖过程中土体以及支护结构变形特征。数值计算结果及实测数据表明：（1）受裂隙及邻近建筑的影响，基坑支护结构体系变形以及坑外地表沉降分布具有明显的空间效应；（2）基坑角点处冠梁弯矩随开挖深度的变化规律与基坑中部明显不同；（3）基坑北、南侧中部支护桩的桩身变形呈复合式，东、西侧中部呈悬臂式；（4）采用HS土体本构模型获得的结果与工程实测结果更加符合。地表沉降的数值结果与实测数据较为接近，证实了数值模型的可靠性。研究结果可为类似工程提供参考。Abstract: Due to the characteristics of a large amount of excavation, long construction period and complex construction environment, deep foundation pit engineering is easy to induce construction safety accidents. The full excavation process of the foundation pit supported by multi-layer prestressed anchor cable pile plate retaining wall was simulated utilizing a three-dimensional numerical model established by FLAC3D, based on the deep foundation pit project with cracks in Chongqing. Soil and supporting structure's deformation characteristics in the excavation process were analyzed based on the numerical results. Numerical result and actual measurement indicate that: (1) the deformation of supporting structure system and the settlement distribution outside the pit have obvious spatial effect under the influence of cracks and adjacent foundation pit buildings; (2) the relationship between the bending moment of the crown beam at the corner of the foundation pit and the excavation depth is obviously different from that in the middle of the foundation pit; (3) the deformation of the supporting pile in the middle of north and south side of the foundation pit is compound type, while deformation of the supporting pile in the central part of the east and west side is cantilever type; (4) the results obtained by HS soil constitutive model are in good agreement with the measured results. The numerical results of surface subsidence at the monitoring point are close to the measured data, which confirms the reliability of the numerical model. The research results can provide practical reference for similar projects in the future.
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表 1 主要地层土体物理力学参数
土层 层厚/m γ/（kN·m−3） c/kPa φ/（°） 素填土 2.0 20.0 26 13 强风化泥岩 1.4 25.1 20.5 33 中等风化泥岩 4.0 25.1 45 15 中等风化砂岩 26.2 50 18 
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表 2 基坑四周支护体系参数
方位 桩径/m 桩数 桩距/m 锚排数 锚间距/m 东侧 1.2 9 4.0 3 8.0 南侧 1.2 13 5.0 3 8.0 西侧 1.2 9 4.0 3 8.0 北侧 1.2 23 3.0 5 4.0
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表 3 土体计算参数
名称 $E_{\rm{{50}}}^{\rm{{ref}}} $/MPa $E_{\rm{{oed}}}^{\rm{{ref}}} $/MPa $E_{\rm{{ur}}}^{\rm{{ref}}} $/MPa 素填土土 9.5 9.5 28.5 强风化泥岩 60 60 180 中等风化泥岩 90 90 270 中等风化砂岩 250 250 750
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表 4 pile和beam单元力学参数
名称 E/GPa v s/m2 Iy/m4 Ip/m4 ks/GPa kn/GPa Beam单元 30 0.3 1.0 0.083 0.167 Pile单元 32 0.3 1.44 0.173 0.346 130 130
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表 5 cable单元力学参数
Table 5. Mechanical parameters of cable structure elements
杨氏模量/GPa 截面面积/m2 拉伸屈服强度/kN 水泥浆刚度/GPa 水泥浆黏聚力/(kN·m–1) 粘结摩擦角/(°) 205 0.00015 153.4 15.2 1275.5 25
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表 6 基坑开挖分析步
施工步 工况 0 初始地应力平衡，施作挡土桩 1 基坑第1层土体开挖 2 安装第1层锚杆，浇筑第1层面板 3 开挖第2层土体 4 安装第2层锚杆，浇筑第2层面板 … … 9 开挖第5层土体 10 安装第5层锚杆，浇筑第五层面板 11 开挖第6层土体
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图(11) / 表(6)
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