交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固損傷支護(hù)樁現(xiàn)場試驗(yàn)研究

劉 林，李雅麗，薛 茜，張心玥，趙良杰，梅 源

(1.中鐵二十局集團(tuán)第六工程有限公司，陜西 西安 710032；2.西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055；3.陜西省巖土與地下空間工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710055)

隨著地下空間資源的開發(fā)利用，地下工程建設(shè)項(xiàng)目的數(shù)量和規(guī)模也迅速發(fā)展.地下隧道在施工過程中常常會(huì)遇到既有支護(hù)樁等障礙物，需提前對(duì)既有障礙樁進(jìn)行破除并加固，施工隱患大，安全系數(shù)低.與無腰梁預(yù)應(yīng)力錨索相比，交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固擬破除障礙樁技術(shù)能降低基坑支護(hù)工程綜合造價(jià)，節(jié)約支護(hù)工程鋼材用量，施工快捷、便利，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力均勻、變形易控制，可增加基坑內(nèi)的有效工作面.

Johnson等[1]對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)土體在承受荷載的情況下的變形規(guī)律進(jìn)行了研究.Yssushi[2]進(jìn)行了多種工況土體開挖的受力數(shù)值模擬，并研究了其對(duì)基坑變形的影響.Zdravkovic等[3]研究了一些土體的經(jīng)典分析方法，并對(duì)不同的土體本構(gòu)模型進(jìn)行了應(yīng)用評(píng)價(jià).李英勇等[4]利用FLAC3D軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，研究分析了預(yù)應(yīng)力錨固體應(yīng)力變化、位移變化規(guī)律，不同因素對(duì)錨固體剪應(yīng)力變化規(guī)律的影響，并擬合了剪應(yīng)力呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系的分布公式.許健等[5]對(duì)樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)在黃土地區(qū)深大基坑中的應(yīng)用效果進(jìn)行了研究，將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得到了樁體的變形規(guī)律.趙文等[6]通過對(duì)某基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納，對(duì)基坑中樁體變形與錨索預(yù)應(yīng)力的變化規(guī)律進(jìn)行了研究.李寶平等[7]結(jié)合某采用樁錨支護(hù)的深基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)和數(shù)值分析結(jié)果，對(duì)樁體隨基坑開挖的變形規(guī)律進(jìn)行了研究，并得出了應(yīng)在設(shè)計(jì)階段考慮時(shí)空效應(yīng)影響的結(jié)論.劉永權(quán)[8]介紹了一種能有效控制隧道圍巖變形的高性能快速張拉預(yù)應(yīng)力錨索新技術(shù).楊志紅[9]探討了深基坑樁錨支護(hù)體系中錨索預(yù)應(yīng)力荷載的鎖定瞬時(shí)損失、開挖及錨索施工中錨索預(yù)應(yīng)力荷載變化和基坑側(cè)向變形特性.因此，預(yù)應(yīng)力錨索在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用效能分析具有重要的理論意義和重大的工程應(yīng)用價(jià)值.

為對(duì)在黃土地區(qū)的深大基坑工程中采用交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固擬破除障礙樁技術(shù)的工程應(yīng)用效果進(jìn)行分析，以某大型地下空間綜合體為研究對(duì)象，結(jié)合數(shù)值分析與現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行深入分析與探討，擬為類似工程施工提供參考依據(jù).

1 交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)

1.1 交叉預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)形式

錨桿是腰梁傳力的產(chǎn)物，因其由水泥注漿體和錨筋組成，具有不易彎曲的特點(diǎn).錨索由水泥注漿體和鋼絞線組成，自由段為柔性較好的鋼絞線，將錨桿替換為錨索后，可進(jìn)行繞樁固定.

交叉預(yù)應(yīng)力錨索雙向支座的兩個(gè)面用來固定支護(hù)樁兩側(cè)的鋼絞線，一個(gè)面的用于將鋼絞線所受到的合力傳遞給護(hù)坡樁.該支座呈梯形，尺寸較小，重量較輕[10-11]，且該三個(gè)面均為承壓面，具有較好的受力條件，圖1為交叉預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)示意圖.圖2和圖3為交叉預(yù)應(yīng)力錨索的兩種支護(hù)型式，分別為“一樁一錨”和“一樁兩錨”.

圖1 交叉預(yù)應(yīng)力錨索示意圖Fig.1 Schematic diagram of cross prestressed anchor cable

圖2 一樁一錨結(jié)構(gòu)形式示意圖Fig.2 Schematic diagram of one pile and one anchor structure

圖3 一樁兩錨結(jié)構(gòu)形式示意圖Fig.3 Schematic diagram of one pile with two anchors

1.2 交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)施工工藝及特點(diǎn)

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于基坑施工的過程中，與其他支護(hù)形式相比較，優(yōu)點(diǎn)明顯.與地下連續(xù)墻相比，造價(jià)更低，經(jīng)濟(jì)性好；可達(dá)到的支護(hù)深度大，符合基坑工程施工技術(shù)發(fā)展的要求；與內(nèi)支撐相比，支護(hù)結(jié)構(gòu)體系簡單，且要求的施工工作面小，能有效提高施工效率；與土釘支護(hù)體系相比，減小土體位移的效果更佳.而交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)與傳統(tǒng)的樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)相比，優(yōu)勢(shì)顯著，其主要特點(diǎn)如下：

(1)施工方便，減少人力投入；

(2)肥槽空間占用少，減少開挖和回填量；

(3)用鋼量大幅減少；

(4)受力條件好，能較好控制土體變形.

交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固擬破除障礙樁技術(shù)的施工過程為：①施工準(zhǔn)備；②施作微型樁；③搭建施工平臺(tái)；④開挖及支護(hù)初始井；⑤澆筑導(dǎo)軌；⑥設(shè)備安裝；⑦加固支護(hù)樁；⑧對(duì)障礙樁進(jìn)行破除；⑨頂進(jìn)施工及監(jiān)測.

1.3 工程實(shí)例背景

某基坑支護(hù)工程中，基坑長11.7 km，施工過程中均采用懸臂支護(hù)樁，約5 800根，其中采用交叉預(yù)應(yīng)力錨索施工的約4 600根，工字鋼腰梁+OVM型錨索支護(hù)樁約1 200根.本次研究的基坑南北走向長340 m，東西走向長137 m.圖4為交叉預(yù)應(yīng)力錨索的加固位置及方式示意圖，施工現(xiàn)場如圖5所示.

圖4 交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固示意圖Fig.4 Site reinforcement diagram of cross prestressed anchor cable

圖5 交叉預(yù)應(yīng)力錨索現(xiàn)場圖Fig.5 Site drawing of cross prestressed anchor cable

2 數(shù)值分析

2.1 有限元模型的建立

2.1.1 設(shè)定與參數(shù)取值

數(shù)值模擬應(yīng)用巖土工程專業(yè)有限元軟件 MIDAS GTS NX.實(shí)際施工中的影響因素眾多，難以建立與實(shí)際情況完全相同的模型，因此為得到較好的模擬結(jié)果，對(duì)建立的有限元模型進(jìn)行簡化處理，做出如下設(shè)定：

(1)本次數(shù)值分析的對(duì)象為該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的某一段；

(2)土體采用莫爾-庫倫本構(gòu)(M-C)模型；

(3)各土層厚度水平均勻；

(4)錨索采用植入式桁架單元、支護(hù)樁采用梁單元進(jìn)行模擬；

(5)基坑開挖前和過程中采取了止水和降水的措施，故在數(shù)值模擬中沒有將地下水的影響計(jì)算在內(nèi).

結(jié)合地質(zhì)勘察情況，對(duì)模型土體進(jìn)行分層并設(shè)置參數(shù).模型土體分為七層，從上到下分別為雜填土、素填土、黃土、古土壤、黃土、粉質(zhì)黏土、中粗砂.土體均采用莫爾-庫倫彈塑性材料；支護(hù)樁采用彈性材料，設(shè)置為梁單元，材質(zhì)為C30 混凝土，樁徑分為0.8 m和1 m兩種；預(yù)應(yīng)力錨索采用植入式桁架單元，彈性模量設(shè)為196 GPa，截面積為 0.000 14 m2.進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)土層的物理參數(shù)取值如表1所示，支護(hù)樁參數(shù)如表2所示，錨索的參數(shù)設(shè)置見表3.

表1 土層的物理參數(shù)Tab.1 Physical parameters of soil layer

表2 支護(hù)樁參數(shù)Tab.2 Parameters of supporting pile

表3 錨索參數(shù)Tab.3 Anchor parameters

在進(jìn)行此次模型建立和計(jì)算的過程中，截取了包含典型樁型施工的基坑部分，該基坑支護(hù)采用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑的長寬深分別設(shè)為20 m、15 m以及14 m.如圖6所示，土體長度為45 m，深度取為30 m.得到的數(shù)值模型單元個(gè)數(shù)為29 155個(gè)，節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為31 513個(gè).

圖6 土體及支護(hù)樁模型Fig.6 Soil and supporting pile model

模型的邊界條件為水平方向不允許移動(dòng)，豎直方向可進(jìn)行移動(dòng)；土體模型底面為固定支座約束.

對(duì)模型施加荷載時(shí)，只算入自重，不計(jì)入其他附加荷載，重力加速度設(shè)為9.8 m/s2.

2.1.2 施工過程模擬

在模擬過程中，為對(duì)施工過程進(jìn)行更為實(shí)際的模擬，利用“鈍化”和“激活”命令來模擬開挖過程，模擬的工況如表4所示.該基坑采用明挖順作法施工，開挖一層土體，施加一層支撐，如此循環(huán)，直至完成整個(gè)基坑工程的施作.

表4 數(shù)值分析工況表Tab.4 Numerical analysis table

2.2 模擬結(jié)果分析

2.2.1 樁身側(cè)移結(jié)果分析

交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固支護(hù)樁效果的重要指標(biāo)之一就是其樁身側(cè)移，在計(jì)算模型中分別設(shè)定了X1型樁6根及X5型樁5根，對(duì)圖7中由左上到右下依次編號(hào)為樁①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩，且樁⑨和④為破除樁.圖7為支護(hù)樁樁身側(cè)移云圖，圖8和圖9分別為樁④(X1型樁)和樁⑨(X5型樁)的支護(hù)樁樁身側(cè)移曲線圖(向坑內(nèi)位移為正，反之為負(fù)).

圖7 樁身側(cè)移云圖Fig.7 Lateral displacement nephogram of pile

圖8 樁④樁身側(cè)移曲線圖Fig.8 Lateral displacement curve of pile 4

圖9 樁⑨樁身側(cè)移曲線圖Fig.9 Lateral displacement curve of pile 9

根據(jù)圖8和9，工況三(開挖第一層土4 m)時(shí)樁④和樁⑨的側(cè)移曲線近“S”型，樁④在樁頂向下10 m位置處發(fā)生了最大側(cè)移，其值為0.839 7 mm，其傾斜于內(nèi)側(cè)基坑，而距樁頂0～4 m位置處，樁身傾向于基坑外側(cè)；工況三，樁⑨在樁頂向下13 m位置處發(fā)生了最大側(cè)移，其值為1.469 8 mm，其傾斜于內(nèi)側(cè)基坑，而距樁頂0～2 m位置處，樁身傾向于基坑外側(cè).造成該現(xiàn)象的原因是土體的開挖卸荷導(dǎo)致基坑內(nèi)外土體應(yīng)力分布不均，土壓力作用于支護(hù)樁導(dǎo)致樁身產(chǎn)生了位移變化.

工況四(開挖第二層土3 m，距樁頂4 m處施作第一道錨索)，樁④和樁⑨樁身側(cè)移曲線整體仍近“S”型，樁④在樁頂處產(chǎn)生了最大的側(cè)移，其值為0.574 9 mm，樁⑨在距樁頂14m位置處產(chǎn)生了最大的側(cè)移，其值為1.801 1 mm.

工況五(開挖第三層土3 m，距樁頂7 m處施作第二道錨索)中，樁④和樁⑨的樁身側(cè)移曲近“三角形”型，兩樁均在樁頂處產(chǎn)生了最大側(cè)移，其值分別為3.624 9 mm、3.501 1 mm.

工況六(開挖第三層土4 m，距樁頂10 m處施作第三道錨索)中，樁④和樁⑨的樁身側(cè)移曲線近“拋物線”型；樁④在樁頂向下7 m處產(chǎn)生了樁身最大側(cè)移，其值為8.570 1 mm；樁⑨在樁頂向下6 m處產(chǎn)生了樁身最大側(cè)移，其值為6.690 4 mm.

2.2.2 樁頂側(cè)移結(jié)果分析

如圖10所示，為樁④和樁⑨的樁頂側(cè)移隨工況變化曲線圖(向坑內(nèi)位移為正，反之為負(fù)).

圖10 支護(hù)樁樁頂側(cè)移隨工況變化曲線圖Fig.10 Curve of lateral displacement of supporting pile top changing with working condition

由圖10知，隨工況進(jìn)行，樁④和樁⑨的樁頂側(cè)移出現(xiàn)了增大趨勢(shì).工礦三(即第一步開挖)中，樁④和樁⑨均產(chǎn)生了向基坑外的位移，工況四由于進(jìn)行了第一道錨索的施作，因此樁④和樁⑨的樁頂側(cè)移趨勢(shì)被改變，產(chǎn)生了向基坑內(nèi)的位移；隨著工況進(jìn)行，開挖深度和錨索都在增加，樁頂側(cè)移值仍在增長，但增加幅度減??；在工況五和六，樁頂側(cè)移有了明顯增加，這是由于隨著開挖深度較大，樁身的插入比逐漸減小，同時(shí)預(yù)應(yīng)力錨索的加固位置與樁頂距離也越來越大，導(dǎo)致錨索的約束效果逐漸不明顯.樁④和樁⑨的最終樁頂側(cè)移值分別為5.45 mm和5.74 mm，均為向基坑內(nèi)側(cè)偏移.

2.2.3 樁頂豎向位移結(jié)果分析

圖11為樁④和樁⑨的樁頂豎向位移隨工況變化曲線圖.

圖11 樁頂豎向位移隨工況變化曲線Fig.11 Variation curve of vertical displacement of pile top with working condition

由圖11可知，隨工況的進(jìn)行，樁④和樁⑨的樁頂豎向位移呈“上拋物線”型.第一層土開挖后，土體應(yīng)力釋放，坑底土隆起，引起支護(hù)樁上浮.工況四中，由于進(jìn)行了第一道錨索的施作，錨索對(duì)樁身產(chǎn)生了向下的力，對(duì)樁體的上浮造成了限制，因此樁頂?shù)呢Q向位移有所減小，且隨著工況的進(jìn)行，施作了后續(xù)錨索，因此樁頂?shù)呢Q向位移也隨之減小，在工況六產(chǎn)生了沉降效果.樁④和樁⑨的最終樁頂豎向位移值均為0.170 mm；樁④和樁⑨的樁頂最大上浮值分別為0.170 mm和0.145 mm.樁④和樁⑨的樁頂最大上浮值和沉降值在所有工況中均不超過0.2 mm，因而可知，基坑支護(hù)樁采用交叉預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固，對(duì)樁頂?shù)呢Q向位移控制有較好效果.

2.2.4 地表豎向位移結(jié)果分析

圖12為基坑土體的地表豎向位移云圖，圖13為根據(jù)模型結(jié)果取沿基坑長度中心線的地表豎向位移曲線.

由圖13，地表沉降隨著距基坑距離增加而減小，工況七產(chǎn)生了的所有工況中的最大地表豎向位移，其值為-13.21 mm；在工況四產(chǎn)生了最大的地表隆起，其值為5.90 mm.工況二在距基坑邊15 m以外位置處，地表位移接近于零；工況三、四和五中，在距坑邊15 m范圍內(nèi)，地表呈隆起狀態(tài)，且隨距離的增加有所減小，其原因是樁體的上浮摩擦導(dǎo)致了地表土體的向上位移，而距坑邊15 m范圍外，地表產(chǎn)生了沉降，且隨距離增大有所增加，但其值較??；工況六，地表豎向位移隨著距離增大而有所增長，在3 m位置產(chǎn)生拐點(diǎn)，隨距離增大有所減小，并在15 m外趨于平緩；其他工況中，地表的豎向位移隨距離增加有所減小，并在15 m外趨于平緩；工況七中，隨著坑外距離的增大地表沉降有所增大，在6 m位置產(chǎn)生拐點(diǎn)，隨后隨距離增大有所減小，并在15 m外趨于平緩.這一規(guī)律一致于前述樁頂豎向位移.

圖12 地表豎向位移云圖Fig.12 Vertical displacement nephogram

圖13 各工況地表豎向位移模擬結(jié)果曲線Fig.13 Simulation results of surface vertical displacement under various working conditions

3 工程實(shí)例分析

3.1 監(jiān)測方案

以緊鄰幸福北路的障礙樁X1樁為對(duì)象，進(jìn)行位移規(guī)律研究.圖14為測點(diǎn)布置示意.其中，W347為樁頂水平位移測點(diǎn)，Z347為樁頂豎向位移測點(diǎn)，測點(diǎn)3581、3582、3583為擬破除樁X1樁臨邊的地表豎向位移觀測點(diǎn)，分別距離基坑邊緣8 m、13 m、18 m.

圖14 測點(diǎn)布置示意Fig.14 Layout of monitoring points

表5為基坑工程基坑開挖及支護(hù)樁加固工況進(jìn)展說明.

表5 基坑開挖及支護(hù)樁加固進(jìn)度表Tab.5 Schedule of excavation of foundation pit and reinforcement of retaining piles

3.2 樁頂側(cè)移變化規(guī)律分析

選取樁頂側(cè)移測點(diǎn)中擬破除樁X1樁的觀測點(diǎn)W347進(jìn)行分析.觀測點(diǎn)W347自2018年5月22日開始，至2019年2月11日為止，共觀測了89次.樁頂水平位移歷時(shí)曲線如圖15所示(向坑內(nèi)位移為正，反之為負(fù)).

圖15 X1樁樁頂水平位移歷時(shí)曲線Fig.15 Horizontal displacement duration curve of X1 pile top

由圖15可知，障礙樁樁頂水平位移隨基坑開挖深度的增加而增大，產(chǎn)生了先向外后向內(nèi)的變形.產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是，周邊土對(duì)樁身的作用會(huì)隨著工程的進(jìn)行差異逐漸增大，從而導(dǎo)致了樁頂側(cè)移增加；在所有錨索的施作過程中，錨索加固會(huì)導(dǎo)致樁頂側(cè)移趨向平緩，但隨著基坑開挖及錨索預(yù)應(yīng)力損失，樁頂側(cè)移又會(huì)有所增大，因此曲線呈階梯狀反復(fù)；開挖最終步，樁身插入比減小，同時(shí)錨索加固處距樁頂較遠(yuǎn)，對(duì)樁頂?shù)募庸绦Ч麥p弱，因此樁頂側(cè)移增大；樁破除后，X1樁的樁頂側(cè)移仍增加，最終值達(dá)2 mm，其最大變形速率約為0.7 mm/d.該值在監(jiān)控預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，因此交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固基坑支護(hù)樁可行，施工效果較好.

3.3 樁頂豎向位移變化規(guī)律分析

選取X1樁測點(diǎn)Z347作為分析對(duì)象.測點(diǎn)Z347自2018年5月1日開始，至2019年2月8日為止，共觀測了91次.樁頂豎向位移歷時(shí)曲線如圖16所示.

圖16 X1樁樁頂豎向位移歷時(shí)曲線Fig.16 Vertical displacement duration curve of X1 pile top

由圖16，樁頂豎向位移曲線呈“上凸”型.土體第一步開挖中，樁身由沉變浮，其原因?yàn)榈谝粚油馏w開挖產(chǎn)生的應(yīng)力釋放導(dǎo)致了坑底土隆起，從而帶動(dòng)樁體向上位移；土體第二步開挖中，由于施加了預(yù)應(yīng)力錨索，樁頂由浮變沉；隨著基坑的繼續(xù)開挖和錨索施作，樁頂產(chǎn)生穩(wěn)定的向下位移，且在最后一個(gè)開挖步，產(chǎn)生了較大的增長幅度，樁頂向下的位移達(dá)到了最大值，這是由于此處錨索距離樁頂較遠(yuǎn)，因此對(duì)樁頂影響較小.破除樁破樁階段的樁頂最大豎向位移值為-0.61 mm，最大變形速率約為0.58 mm/d，其值均在預(yù)警范圍內(nèi)，且安全儲(chǔ)備較大，因此交叉預(yù)應(yīng)力錨索在加固深基坑損傷支護(hù)樁的應(yīng)用中可以有效控制樁頂位移.

3.4 地表豎向位移變化規(guī)律分析地表豎向位移監(jiān)測點(diǎn)3 581、3 582、3 583為擬破除樁X1樁測點(diǎn)，與基坑距離分別為8 m、13 m、18 m.測點(diǎn)3 581、3 582、3 583于2018年5月7日始，至2019年3月13日止，共觀測98次.各觀測點(diǎn)地表豎向位移歷時(shí)圖17所示.

圖17 距基坑邊緣不同距離測點(diǎn)地表豎向變形歷時(shí)曲線Fig.17 Vertical deformation duration curve of ground surface at different distance from the edge of foundation pit

由圖17可知，地表豎向位移隨基坑開挖深度的增加而增大，地表位移先負(fù)后正.第一道錨索施作后，地表位移由負(fù)到正，同時(shí)在后續(xù)工況中，隨錨索施作地表沉降逐漸穩(wěn)定，變形曲線出現(xiàn)平穩(wěn)段，直到障礙樁破除后，地表沉降發(fā)生了較大波動(dòng)；隨著工況進(jìn)行，離基坑越遠(yuǎn)，地表隆起便越?。蛔畲蟮乇沓两迭c(diǎn)位于距基坑13m處，這與文獻(xiàn)[12]中的現(xiàn)象相一致，其值為-1.51 mm；距基坑18 m處出現(xiàn)地表最大隆起，其值為1.42 mm；地表最大變形速率為1.05 mm/d.地表最大豎向位移與變形速率值均在預(yù)警范圍內(nèi)，且安全儲(chǔ)備較大，因此交叉預(yù)應(yīng)力錨索在加固深基坑損傷支護(hù)樁的應(yīng)用中可以有效控制地表變形.

4 模擬與實(shí)測對(duì)比分析

數(shù)值模擬為實(shí)際施工前的預(yù)分析，通過模擬施工過程，分析支護(hù)樁和地表的變形規(guī)律，為實(shí)際工程提供指導(dǎo).為驗(yàn)證模型的有效性，以期對(duì)此后同類工程提供借鑒，有必要對(duì)模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析.

4.1 樁頂側(cè)移對(duì)比分析

各工況下樁頂水平位移數(shù)值模擬和監(jiān)測數(shù)據(jù)變化對(duì)比曲線圖如圖18所示(“+”為基坑內(nèi)，“-”為基坑外).

圖18 樁頂側(cè)移對(duì)比曲線Fig.18 Comparison curve of pile top lateral displacement

由圖18知，樁頂側(cè)移的模擬與實(shí)測曲線具有相一致的變化趨勢(shì).模擬與實(shí)測中的樁頂側(cè)移在工況三(第一層土開挖)時(shí)均向坑外位移，在工況四(第一道錨索施作)，向基坑內(nèi)側(cè)偏移，隨著工況進(jìn)行，樁頂側(cè)移繼續(xù)增大，最終樁頂位移的數(shù)值模擬結(jié)果和監(jiān)測結(jié)果分別為5.45 mm、1.39 mm.模擬結(jié)果較大于實(shí)測數(shù)據(jù)，且變化幅度也較監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化幅度更加明顯，這是由于在模擬過程中未考慮實(shí)際工程中的施工荷載、土層的不均勻分布以及其他不確定因素.所有結(jié)果均小于工程監(jiān)測給出的控制值和預(yù)警值，說明模型能夠較好的模擬樁頂水平位移的變化.

4.2 樁頂豎向位移對(duì)比分析

各工況樁頂豎向位移數(shù)值模擬和監(jiān)測數(shù)據(jù)變化對(duì)比曲線圖如圖19所示.

圖19 樁頂豎向位移對(duì)比曲線圖Fig.19 Comparison curve of vertical displacement of pile top

由圖19知，樁頂豎向位移的模擬與實(shí)測曲線具有相一致的變化趨勢(shì)，均先減小后增大，數(shù)值模擬曲線整體相對(duì)監(jiān)測曲線變化幅度較小，最大樁頂沉降的模擬和實(shí)測結(jié)果分別為0.17 mm、1.45 mm，且在實(shí)測中，樁頂沒有發(fā)生上浮現(xiàn)象，模擬結(jié)果中樁頂上浮最大值為0.17 mm，說明在工程現(xiàn)場基坑的安全穩(wěn)定工作起到了良好的作用.模擬及實(shí)測結(jié)果在工程控制要求之內(nèi)，樁頂豎向位移最大值數(shù)值模擬結(jié)果均較工程實(shí)際監(jiān)測結(jié)果小得多，這是由于在模擬過程中未考慮實(shí)際工程中的施工荷載、土層的不均勻分布以及其他不確定因素.總體上，模型能夠較好的模擬樁頂豎向位移的變化趨勢(shì)，能較為準(zhǔn)確的反映交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固擬破除障礙樁技術(shù)在工程施工過程中對(duì)樁頂水平位移的控制效果.

4.3 地表豎向位移對(duì)比分析

模擬與實(shí)測地表豎向位移變化對(duì)比曲線圖如圖20所示.

圖20 地表豎向位移對(duì)比曲線圖Fig.20 Comparison curve of surface vertical displacement

由圖20知，地表豎向位移的模擬與實(shí)測曲線具有相一致的變化趨勢(shì)，地表變形在工況三開挖一階段由沉降變?yōu)槁∑?，且在工況四(第一道錨索施作)，變形減小或增幅變緩；離基坑越遠(yuǎn)變形越小，且多為沉降；距基坑18 m處最大地表豎向位移的數(shù)值模擬結(jié)果和監(jiān)測結(jié)果分別為1.42 mm、0.23 mm，最大地表隆起值的監(jiān)測結(jié)果為0.24 mm，模擬結(jié)果在此處則無隆起.模擬結(jié)果普遍大于實(shí)測結(jié)果，其原因?yàn)槟M中未考慮實(shí)際工程中的施工荷載、土層的不均勻分布以及其他不確定因素.但從整體看，實(shí)測與模擬結(jié)果相差不大且趨勢(shì)一致，同時(shí)所有結(jié)果均在工程預(yù)警值之內(nèi)，說明模型能夠較好的模擬地表豎向位移的變化.

綜上所述，數(shù)值模擬結(jié)果較好的貼近了實(shí)測數(shù)據(jù)，在數(shù)值上兩者差異不大，在變化規(guī)律上兩者有相同趨勢(shì).因此，采用MIDAS GTS NX進(jìn)行交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固損傷支護(hù)樁施工的數(shù)值模擬，并采用前述設(shè)定和參數(shù)取值，可以取得較好的模擬效果，并對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行指導(dǎo).

5 結(jié)論

以實(shí)際工程為背景，針對(duì)濕陷性黃土深基坑采用交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固損傷支護(hù)樁的應(yīng)用效果進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測和數(shù)值模擬，得到如下結(jié)論：

(1)通過分析實(shí)測數(shù)據(jù)，得到交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固深基坑損傷支護(hù)樁過程中，樁頂側(cè)移、豎向位移及地表沉降隨施工進(jìn)行的變化規(guī)律.

(2)通過建立施工過程數(shù)值模型，分析了交叉預(yù)應(yīng)力錨索加固深基坑損傷支護(hù)樁過程中，樁頂側(cè)移、樁身側(cè)移、樁頂豎向位移及地表沉降隨施工進(jìn)行的變化規(guī)律，并與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了模型的有效性，可為同類工程提供參考.