毛竹復(fù)合土釘墻水平位移影響因素?cái)?shù)值分析研究

戴自航，歐　煜

(1.福州大學(xué) 巖土工程研究所，福建 福州 350108；2.臥龍崗大學(xué) 土木采礦和環(huán)境工程學(xué)院，澳大利亞 新南威爾士州 2522)

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毛竹復(fù)合土釘墻水平位移影響因素?cái)?shù)值分析研究

戴自航1，2，歐煜1

(1.福州大學(xué) 巖土工程研究所，福建 福州 350108；2.臥龍崗大學(xué) 土木采礦和環(huán)境工程學(xué)院，澳大利亞 新南威爾士州 2522)

摘要：針對(duì)軟土基坑毛竹復(fù)合土釘墻支護(hù)對(duì)變形預(yù)測(cè)和控制等方面研究的不足，采用考慮毛竹土釘和毛竹排樁與土體的相互作用以及土體加、卸載條件下變形模量不同的有限元法，建立某基坑支護(hù)設(shè)計(jì)剖面的平面應(yīng)變有限元模型。計(jì)算并分析了毛竹復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，并對(duì)影響坡面水平位移的因素，即毛竹土釘?shù)膬A角、長(zhǎng)度、間距、布置形式，毛竹排樁的長(zhǎng)度、數(shù)量，土體參數(shù)以及開(kāi)挖的坡度進(jìn)行了詳細(xì)的定性分析與定量評(píng)價(jià)，其結(jié)論可以為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)毛竹復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理提供依據(jù)，同時(shí)可為設(shè)計(jì)施工提供參考。

關(guān)鍵詞：毛竹復(fù)合土釘墻；水平位移；影響因素；數(shù)值分析

在軟土地區(qū)進(jìn)行深基坑開(kāi)挖，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅要滿足其強(qiáng)度要求，還必須滿足其變形要求。由于影響深基坑變形的因素很多，如何對(duì)深基坑變形進(jìn)行有效預(yù)測(cè)和控制是深基坑理論研究和工程實(shí)踐的一個(gè)難題[1]。

毛竹復(fù)合土釘墻是近些年來(lái)在福建沿海等省份發(fā)展起來(lái)的一種新型的節(jié)能環(huán)保型基坑支護(hù)技術(shù)，實(shí)踐證明，其不僅具有可靠的支護(hù)能力，而且還能從很大程度上節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，有效降低碳排放達(dá)60%～80%，具有取材科學(xué)合理、節(jié)能節(jié)材、經(jīng)濟(jì)安全、施工進(jìn)度快等特點(diǎn)，有著比較廣闊的應(yīng)用前景[2-4]。但是作為新型的復(fù)合土釘墻結(jié)構(gòu)，其理論研究是落后于實(shí)踐的，特別是對(duì)其變形預(yù)測(cè)和控制等方面的研究，還十分有限。實(shí)際上，一些土釘支護(hù)工程的失敗，往往是由于支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形引起的。因此，土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形問(wèn)題是值得研究的。同時(shí)，相關(guān)研究表明采用常規(guī)的分析方法很難反映出諸多的影響因素及支護(hù)效果，所以通常采用有限元法對(duì)基坑進(jìn)行整體性狀的研究：徐長(zhǎng)節(jié)等[5]采用有限元計(jì)算方法探討了支護(hù)參數(shù)對(duì)復(fù)合支護(hù)基坑變形的影響；宋二祥等[6]采用有限軟件PLAXIS考慮了土釘長(zhǎng)度變化對(duì)基坑變形的影響；萬(wàn)林海等[7]使用FLAC3D軟件對(duì)基坑土釘支護(hù)的變形和參數(shù)進(jìn)行了分析。Fan等[8]采用非線性有限元數(shù)值計(jì)算方法對(duì)邊坡土釘支護(hù)參數(shù)做了優(yōu)化分析。

本文針對(duì)試驗(yàn)基坑采用毛竹復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)分步開(kāi)挖支護(hù)方式進(jìn)行有限模擬計(jì)算，并分析各支護(hù)參數(shù)對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移的影響。

1　工程概況

某基坑位于福州地區(qū)，根據(jù)地質(zhì)勘探資料顯示：場(chǎng)地受基坑影響深度范圍內(nèi)的土層分布如下：① 雜填土：灰黃、褐黃色，灰褐色，稍濕，松散，上部以回填混凝土塊、碎石等建筑及生活垃圾為主，硬雜質(zhì)含量為30%～45%，下部以粘性土為主，層厚為1.40 m～3.50 m。② 粉質(zhì)粘土：灰黃、灰綠、褐黃色，濕，軟～硬塑狀態(tài)，局部含有少量高嶺土及鐵質(zhì)氧化物，部分地段含少量的小礫石。層厚0.50 m～3.10 m。③ 淤泥：深灰色，灰黑色，飽和，流塑，以粘性土為主，含有機(jī)質(zhì)及腐植物，局部夾薄層砂，污手，具腥臭味，光澤反應(yīng)光滑-稍光滑，無(wú)搖振反應(yīng)，韌性、干強(qiáng)度中等。本層局部地段相變?yōu)橛倌噘|(zhì)土，在場(chǎng)地內(nèi)均有分布，層厚14.50 m～21.80 m。

經(jīng)過(guò)各方案經(jīng)濟(jì)效益比選并從節(jié)能環(huán)保方面考慮，該基坑最終采用毛竹土釘墻與毛竹排樁聯(lián)合支護(hù)方式，即毛竹復(fù)合土釘墻支護(hù)。方案設(shè)計(jì)時(shí)是將基坑側(cè)壁外側(cè)流塑狀淤泥視為水，按堤壩擋水的原理來(lái)構(gòu)筑堤壩形毛竹土釘墻，即土釘墻的設(shè)計(jì)斷面為上窄下寬，土釘墻內(nèi)部所配置的土釘長(zhǎng)度也相應(yīng)由上至下越來(lái)越長(zhǎng)；另外由于基坑底以下仍為較厚淤泥層，需要在基坑側(cè)壁坡腳底部設(shè)置毛竹排樁實(shí)現(xiàn)聯(lián)合支護(hù)。毛竹排樁毛竹長(zhǎng)10 m，深入基坑底7.9 m，排數(shù)為2排，樁頂用橫向毛竹進(jìn)行捆綁并噴上混凝土形成冠梁。圖1為該基坑1-1剖面的設(shè)計(jì)圖。圖2所示為一正在施工中的毛竹復(fù)合土釘墻。

圖1復(fù)合毛竹土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)1-1剖面圖

2　數(shù)值模擬方法

2.1有限元模型的建立及參數(shù)選取

采用巖土工程有限元軟件PLAXIS建立試驗(yàn)基坑1-1剖面的二維有限元模型。其中，采用15節(jié)點(diǎn)三角形單元模擬土體。由于土體的變形性質(zhì)對(duì)復(fù)合支護(hù)的計(jì)算結(jié)果影響較大，故在有限元模擬時(shí)，應(yīng)選擇相對(duì)準(zhǔn)確的本構(gòu)模型來(lái)描述土體的變形性質(zhì)。土體變形性質(zhì)的突出特點(diǎn)是其變形模量隨正應(yīng)力的增大而增大，且卸載模量遠(yuǎn)大于加載模量。Hardening-Soil模型是一種包括軟土和硬土在內(nèi)的不同類型的土體行為的先進(jìn)模型[9]。它的一個(gè)基本特征是變形模量與應(yīng)力水平是相關(guān)的，它使用的是塑性理論[10-11]。因此，本文選取HS模型作為土體本構(gòu)模型，具體計(jì)算參數(shù)如表1所示。

圖2施工中的毛竹復(fù)合土釘墻

此外，采用軟件自帶的板單元分別來(lái)模擬毛竹土釘、竹篾網(wǎng)噴混凝土面層以及下部的雙排毛竹樁；其中，毛竹土釘、面層和雙排樁均視作彈性構(gòu)件，然后在相應(yīng)的接觸面上設(shè)置了界面單元來(lái)模擬結(jié)構(gòu)與土的相互作用，支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。

網(wǎng)格劃分采用中等粗糙程度，并對(duì)土釘、毛竹樁、面層附近的網(wǎng)格作加密處理，這樣既節(jié)約計(jì)算時(shí)間又能保證計(jì)算精度；模型邊界條件為：兩側(cè)均為無(wú)水平位移，底邊完全固定。計(jì)算模型及有限元網(wǎng)格劃分分別如圖3和圖4所示。

表1　土層HS模型參數(shù)

表2　支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖3有限元計(jì)算模型

圖4有限元網(wǎng)格劃分

2.2開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程模擬

基坑復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程是開(kāi)挖和支護(hù)交替進(jìn)行的動(dòng)態(tài)過(guò)程，土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移或內(nèi)力也會(huì)隨施工進(jìn)程而變化[12]。因此，在有限元分析中應(yīng)合理模擬這樣的施工過(guò)程。本文針對(duì)土體的開(kāi)挖以及毛竹土釘和毛竹樁的施工過(guò)程采用生死單元法來(lái)實(shí)現(xiàn)，基本工況如下：① 計(jì)算初始地應(yīng)力，通過(guò)k0法實(shí)現(xiàn)；② 凍結(jié)第一層土體，并激活第一排毛竹土釘和相對(duì)應(yīng)的面層單元模擬土釘及噴混凝土施工；③ 重復(fù)上一步工作，完成第二排毛竹土釘施工；④ 凍結(jié)第三層土體，并激活雙排毛竹樁模擬毛竹樁施工；⑤ 重復(fù)步驟②，直至開(kāi)挖到基底標(biāo)高。

3　結(jié)果分析

3.1支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移分析

圖5表示基坑開(kāi)挖完成后土釘墻面層和毛竹樁的水平位移沿深度分布曲線。由圖可見(jiàn)，與普通土釘墻支護(hù)下基坑開(kāi)挖面的最大水平位移一般發(fā)生在坡頂處不同，毛竹復(fù)合土釘墻支護(hù)下基坑開(kāi)挖面最大水平位移發(fā)生在靠近坑底附近的土體中。面層的最大水平從上往下呈逐漸增大的趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在土坡下部靠近樁頂?shù)奈恢茫渲禐?4.45 mm。而毛竹樁的水平位移沿深度呈“凸肚”型分布，最大水平位移發(fā)在排樁的中上部靠近基坑底部位置，其值為67.83 mm。

圖5土釘墻面層及毛竹排樁水平位移曲線

另外，從基坑開(kāi)挖完成后土體剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D(圖6所示)來(lái)看，可以很明顯的看出主要剪應(yīng)變集中在毛竹樁前的土體中，這與圖5中毛竹樁在此部分土體中產(chǎn)生較大水平位移相對(duì)應(yīng)。因此，毛竹復(fù)合土釘墻的破壞模式可能為坑底處毛竹樁前的土體首先發(fā)生剪切破壞，然后失去對(duì)毛竹樁的抵抗能力，進(jìn)而使得產(chǎn)生較大的水平位移，然后可能將下部的毛竹土釘拔出，失去對(duì)堤壩型區(qū)域土體的加固作用，而不能形成有效的土釘墻。

因此，分析研究毛竹復(fù)合土釘墻變形影響因素對(duì)限制支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大水平位移，從而維持基坑的整體穩(wěn)定性具有十分重要的理論和實(shí)踐意義。

圖6土體剪應(yīng)變?cè)隽康戎翟茍D

3.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移影響因素分析

毛竹復(fù)合土釘墻支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括毛竹土釘參數(shù)、毛竹排樁參數(shù)、土層參數(shù)以及開(kāi)挖放坡角度等。在以下計(jì)算分析過(guò)程中，將該試驗(yàn)基坑的設(shè)計(jì)參數(shù)值作為一組初始值，對(duì)某一參數(shù)進(jìn)行分析時(shí)，其余參數(shù)保持不變，依次改變參數(shù)的取值，計(jì)算相應(yīng)參數(shù)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移的影響。

3.2.1毛竹土釘參數(shù)

(1)毛竹土釘傾角

有關(guān)研究表明，當(dāng)以基坑內(nèi)部整體安全穩(wěn)定性系數(shù)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，土釘存在某一傾角時(shí)的安全系數(shù)最大，習(xí)慣上把這一角度稱為土釘?shù)淖顑?yōu)傾向角。工程經(jīng)驗(yàn)表明，一般土釘傾角為5°～15°最為適宜[13-14]。根據(jù)毛竹土釘作用位置的不同，本文將第1、第2排土釘稱為上部土釘，將第3、第4排土釘稱為下部土釘，分別考慮其對(duì)坡面水平位移的影響。

如圖7所示，當(dāng)分別改變土釘?shù)膬A角時(shí)，面層和毛竹樁的最大水平位移會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。隨著上部土釘水平傾角的減小，面層和毛竹樁的最大水平位移都逐漸增加，面層變化更為明顯；當(dāng)上部土釘水平傾角增大時(shí)，面層和毛竹樁的最大水平都發(fā)生急劇變化，先減小到最小值，然后再迅速增大，同樣是面層的變化更為明顯。因此，上部土釘傾角對(duì)面層最大水平位移的影響更大，同時(shí)應(yīng)當(dāng)控制上部土釘?shù)淖畲髢A角不超過(guò)20°為宜。

注：0°度代表初始值，負(fù)數(shù)代表減小，以下相同。

圖7土釘水平傾角的影響

當(dāng)逐漸增大下部土釘?shù)乃絻A角時(shí)，面層和毛竹樁的最大水平位移變化趨勢(shì)基本相似，先是減小到最小值，然后再逐漸增大，傾角增大5°時(shí)位移減小明顯。因此，實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)控制下部土釘水平傾角不超過(guò)30°為宜。

(2)毛竹土釘長(zhǎng)度

土釘長(zhǎng)度對(duì)最大水平位移的影響如圖8所示，隨著土釘長(zhǎng)度的增加，面層和毛竹樁的最大水平位移都逐漸減小，且減小的幅度是越來(lái)越小的。這說(shuō)明增加土釘?shù)拈L(zhǎng)度可以較好的控制坡面的水平位移，但是當(dāng)長(zhǎng)度達(dá)到一定值后，這種效果就不那么明顯了。這是因?yàn)橥玲斣介L(zhǎng)，釘頭部位土體由于開(kāi)挖引起的向下滑動(dòng)力向穩(wěn)定區(qū)土體傳遞效果越好，土釘提供的抵抗力相對(duì)越大。當(dāng)土釘超過(guò)一定長(zhǎng)度后，其所能提供的抵抗力已不再變化，再增加土釘長(zhǎng)度時(shí)對(duì)變形的抑制作用已經(jīng)可以忽略。從土釘軸力一般呈“棗核型”分布[15]來(lái)看，也可以得到較好的解釋。另外，土釘過(guò)長(zhǎng)勢(shì)必會(huì)增加施工的難度，且由于土釘無(wú)法充分發(fā)揮其作用而造成的浪費(fèi)也會(huì)降低經(jīng)濟(jì)效益。因此，實(shí)踐中需在滿足穩(wěn)定性的前提下控制毛竹土釘長(zhǎng)度。工程經(jīng)驗(yàn)表明，毛竹土釘一般取6 m～12 m較為合理。

圖8土釘長(zhǎng)度的影響

(3)毛竹土釘水平間距

圖9表示土釘水平間距對(duì)坡面最大水平的影響，隨著水平間距的增大，最大水平位移也隨之增大，但是增加的幅度逐漸減小。這可能是因?yàn)橥玲數(shù)乃介g距增大，使土釘間的土拱效應(yīng)減弱，加固組合體的作用變小，土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)難以形成穩(wěn)定的整體，導(dǎo)致變形增大。但當(dāng)水平間距已經(jīng)較大時(shí)，由土釘提供的抵抗力有限，此時(shí)土釘水平間距增大對(duì)基坑穩(wěn)定性貢獻(xiàn)已經(jīng)很小，基坑的穩(wěn)定性由主要土體的自身強(qiáng)度來(lái)維持，所以當(dāng)土釘水平間距超過(guò)一定值以后再增加其水平間距效果不明顯。研究表明，土釘水平間距過(guò)大不利于變形控制，過(guò)小則容易造成浪費(fèi)，所以在工程實(shí)踐中，可以根據(jù)周邊環(huán)境對(duì)基坑變形控制的要求或擬開(kāi)挖土層性質(zhì)來(lái)確定土釘?shù)乃介g距。工程上，毛竹土釘水平間距控制在1.0 m左右比較合理。

(4)毛竹土釘縱向間距

圖10表示土釘縱向間距對(duì)坡面最大水平的影響，從圖中可以看出，隨著土釘縱向間距增大，面層和毛竹樁的最大水平位移都逐漸增大。其中，面層最大水平位移的變化趨勢(shì)近似直線；而毛竹樁在縱向間距為1.0 m前水平位移增長(zhǎng)緩慢，1.0 m后則迅速增大。這是因?yàn)檫^(guò)大的縱向間距不利于釘土間土拱效應(yīng)的形成，使得釘土組合體對(duì)水平位移的約束作用減弱[16]。因此，應(yīng)當(dāng)將縱向間距控制在1.0 m以內(nèi)。

圖9土釘水平間距的影響

圖10土釘縱向間距的影響

(5)毛竹土釘布置形式

為了探討土釘長(zhǎng)度布置方式對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的影響，現(xiàn)設(shè)7種不同的計(jì)算工況，各工況下毛竹土釘長(zhǎng)度的總和保持一致，具體方案如表3所示。

表3　毛竹土釘布置形式

圖11顯示了圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移隨毛竹土釘長(zhǎng)度布置形式變化關(guān)系曲線。明顯地，工況4(上部土釘總長(zhǎng)等于下部土釘總長(zhǎng))是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此后的工況下(工況5～工況7)面層和毛竹樁的水平位移均以越來(lái)越快的速度增加，而引起這一變化趨勢(shì)的原因是下部土釘越來(lái)越短，上部土釘總的長(zhǎng)度大于下部土釘總的長(zhǎng)度。由此可見(jiàn)土釘按照下短上長(zhǎng)的布置形式是不利于基坑位移控制的。

圖11土釘布置形式的影響

綜合上面的分析，在土釘總的長(zhǎng)度一定的情況下，為了更好的限制坡面的水平位移，應(yīng)該確保下部土釘長(zhǎng)度不短于上部土釘長(zhǎng)度。同時(shí)，上部土釘長(zhǎng)度會(huì)顯著影響基坑上部圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移，但是存在一個(gè)臨界長(zhǎng)度；下部土釘長(zhǎng)度對(duì)控制整個(gè)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移發(fā)揮重要作用。

3.2.2毛竹排樁參數(shù)

(1)毛竹排樁的長(zhǎng)度

圖12表示下部毛竹排樁對(duì)坡面水平位移的影響，從圖12可知，當(dāng)毛竹樁的長(zhǎng)度發(fā)生改變時(shí)，坡面的最大水平位移并未發(fā)生顯著的變化，這一變化趨勢(shì)和許多其他不同類型的復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)類似。由此可見(jiàn)，不可盲目的增加毛竹樁的長(zhǎng)度來(lái)減小坡面的水平位移。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)基坑開(kāi)挖深度不太大的情況下，毛竹樁長(zhǎng)度控制在8 m左右就可以有效地阻擋坑外側(cè)淤泥涌向坑內(nèi)，從而防止坑底部發(fā)生過(guò)大隆起。

圖12毛竹排樁長(zhǎng)度的影響

(2)毛竹樁的數(shù)量

圖13表示毛竹樁排數(shù)對(duì)坡面最大水平位移的影響，圖中顯示面層最大水平位移受毛竹樁排數(shù)影響較小，而毛竹樁最大水平位移受排數(shù)影響較大。當(dāng)毛竹樁從原始的2排增加到3排和4排時(shí)，毛竹樁最大水平位移分別減小了8%和14.1%，當(dāng)毛竹樁減小到1排時(shí)，毛竹樁最大水平位移增大了3.8%。實(shí)際工程中，基坑下部的毛竹排樁通芯注漿后形成類似于地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，起到阻擋坑外部水土涌向坑內(nèi)，防止坑底產(chǎn)生過(guò)大隆起的作用。增加毛竹樁的排數(shù)等同于增加了地連墻的厚度和剛度，因此其抵抗水土壓力作用的能力得到增強(qiáng)，并能較好的約束基坑側(cè)壁的變形。

圖13毛竹排樁數(shù)量的影響

3.2.3土體參數(shù)

土體粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ、重度γ是毛竹復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)比較重要的土體參數(shù)。圖14～圖16依次給出了圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移隨c值、φ值、γ值的變化情況。

圖14土體黏聚力的影響

圖15土體內(nèi)摩擦角的影響

圖16土體重度的影響

從圖中可以看出：

(1)雜填土和粘性土的c值、φ值對(duì)最大水平位移的影響不大，位移變化曲線接近水平，而淤泥的c值、φ值對(duì)最大水平位移的影響十分明顯，位移減小的速度是由快變慢，最后趨于平緩。因?yàn)楦鶕?jù)摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則τf=c+σftanφ，當(dāng)粘聚力c或內(nèi)摩擦角φ很大時(shí)，τf也很大，即土體不能發(fā)生剪切破壞，不會(huì)出現(xiàn)塑性區(qū)，因此水平位移曲線最后趨于平緩。從量值上看，當(dāng)淤泥的c值從0.4倍初始值擴(kuò)大到2.2倍時(shí)，最大水平位移從104.1 mm減小到47.43 mm，變化幅度為56.67 mm；當(dāng)φ值從0.4倍初始值擴(kuò)到2.2倍時(shí)，最大水平位移變化幅度為69.65 mm，φ值影響更大。

(2)相比之下，γ值對(duì)最大水平位移的影響比較小，最大水平位移隨著γ的增大而逐漸增大，其中雜填土的影響最大，淤泥影響最小。最主要的一個(gè)原因就是基坑下部的毛竹排樁發(fā)揮了重要的擋土作用，當(dāng)下部淤泥層開(kāi)挖時(shí)，即使由于γ值增大而引起側(cè)向卸載荷載增大，毛竹樁的抵擋作用也能起到較好的限制位移。

綜合上面的分析，淤泥的強(qiáng)度參數(shù)c、φ值是影響最大水平位移的主要因素，所以為了獲得較好的支護(hù)效果，可以通過(guò)增強(qiáng)土的強(qiáng)度來(lái)限制坡面的位移。實(shí)際工程中，對(duì)于性質(zhì)較差的淤泥層，可以采用扎枝毛竹土釘(圖17、圖18所示)來(lái)代替普通毛竹土釘。因?yàn)閺堥_(kāi)的竹枝可以將水泥漿液更好的導(dǎo)送到周?chē)耐翆又?，?duì)局部范圍內(nèi)的土體進(jìn)行加固，擴(kuò)大粘結(jié)范圍，從而提高土釘?shù)牡挚沽?，限制坡面位移。試?yàn)表明，扎枝毛竹土釘?shù)目拱纬休d力是普通毛竹土釘?shù)?.76倍，具有很大的潛力。

圖17扎枝毛竹綁扎方法

圖18扎枝毛竹土釘局部圖

3.2.4開(kāi)挖坡度

圖19表示開(kāi)挖坡度對(duì)水平位移的影響。

圖19開(kāi)挖坡度的影響

由圖19可以看出，隨著角度的增大，水平位移逐漸增大，坡度較小時(shí)，位移增長(zhǎng)較快，坡度較大時(shí)，增長(zhǎng)緩慢。從限制變形的角度出發(fā)，角度越小越有利。但基坑工程中由于場(chǎng)地條件的限制坡度亦不能過(guò)緩，同時(shí)過(guò)大的土方開(kāi)挖量也不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般取45°左右比較合適。

4　結(jié)　論

本文采用可以考慮土體加、卸載情況下土體模量不同的土體硬化模型，對(duì)試驗(yàn)基坑毛竹復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)分步開(kāi)挖支護(hù)方式進(jìn)行了有限模擬，并分析了各種支護(hù)參數(shù)對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移的影響，可以得出如下結(jié)論：

(1)土釘?shù)乃絻A角對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移有一定影響，為限制坡面最大水平位移，上部土釘?shù)乃絻A角不宜超過(guò)20°，下部土釘水平傾角不宜超過(guò)30°。上部土釘?shù)拈L(zhǎng)度對(duì)基坑上部水平位移的影響比較明顯，下部土釘長(zhǎng)度的變化對(duì)整個(gè)開(kāi)挖深度范圍內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的影響比較均勻，整個(gè)坡面的最大水平位移隨下部毛竹土釘?shù)拈L(zhǎng)度增長(zhǎng)而逐漸減??；受土釘軸力“棗核型”分布模式的影響，土釘并不是越長(zhǎng)越好，過(guò)長(zhǎng)的土釘不僅容易造成浪費(fèi)，也會(huì)增加施工難度，工程上土釘一般取6 m～12 m長(zhǎng)為宜；坡面最大水平位移隨著毛竹土釘?shù)乃介g距和豎向間距的增大而增大，為保證加固組合體的作用，水平間距宜控制在1.0 m左右，豎向間距控制在1.0 m以內(nèi)。

(2)研究表明，在總的長(zhǎng)度一定的情況下，土釘按照下短上長(zhǎng)的方式布置是不利于基坑水平位移控制的。當(dāng)下部土釘比上部土釘更短時(shí)，基坑水平位移會(huì)顯著增大。

(3)毛竹排樁長(zhǎng)度對(duì)坡面最大水平位移影響不大，一般控制8 m～10 m就可以滿足穩(wěn)定性要求；但毛竹排樁數(shù)量對(duì)水平位移影響較大，數(shù)量越多，抵抗變形的能力越強(qiáng)，水平位移也就越小。

(4)淤泥的強(qiáng)度參數(shù)c、φ值是影響基坑水平位移的主要因素，所以為了獲得較好的支護(hù)效果，可以通過(guò)增強(qiáng)淤泥的強(qiáng)度來(lái)限制坡面的位移。對(duì)于性質(zhì)較差的土層，推薦采用扎枝毛竹土釘來(lái)控制坡面變形；土體單位重度γ對(duì)變形影響較小。

(5)坡面最大水平位移隨基坑開(kāi)挖角度增大而增大，較小的開(kāi)挖角度對(duì)控制變形有利，但應(yīng)該考慮到經(jīng)濟(jì)效益和基坑環(huán)境因素的約束。

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NumericalAnalysisofFactorsAffectingHorizontalDisplacementsofCompositeMosoBambooSoilNailingWalls

DAI Zi-hang1,2,OU Yu1

(1.InstituteofGeotechnicalEngineering,FuzhouUniversity,Fuzhou,Fujian350108,China；2.SchoolofCivil,MiningandEnvironmentalEngineering,UniversityofWollongong,Wollongong,NSW2522,Australia)

Abstract：In view of the insufficient research on predicting and controlling deformations of composite moso bamboo soil nailing walls,the plane-strain finite element model was established by using the finite element method based on a designed profile of the excavation pit support structure.In the process of establishing this model,the interaction mechanism of the nail-soil and pile-soil,the differences of the deformation moduli of the soil under loading or unloading conditions were considered,and the deformation laws of this sort of retaining structure was analyzed.In addition,the qualitative analysis and evaluations on multiple influencing factors including the inclination angles,lengths,allocations and intervals of soil nails,the lengths and the numbers of rows of piles,the soil parameters,as well as the excavation angles,which affected the horizontal displacements of soil nailing walls were carried out in detail.The research outcomes can provide some basis for better comprehension on the working performance of composite moso bamboo soil nailing walls and can be of some referential value to the design and construction of these walls.

Keywords：composite moso bamboo soil nailing wall;horizontal displacement;influencing factors;numerical analysis

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.06.003

中圖分類號(hào)：TU753

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672—1144(2014)06—0014—07

作者簡(jiǎn)介：戴自航(1966—)，男，湖南長(zhǎng)沙人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事邊坡穩(wěn)定分析、滑坡治理、建筑基礎(chǔ)、深基坑支護(hù)等方面的教學(xué)與科研究工作。

基金項(xiàng)目：福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2011J01308)

收稿日期：2014-08-12修稿日期：2014-09-14