模擬傳統(tǒng)雙排樁與傾斜組合樁的對比分析

陳志敏，余振錫，謝潘想

(安徽工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032)

0 前 言

經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，我國的基礎(chǔ)建設(shè)也得到空前發(fā)展，一座座高樓大廈拔地而起，樓宇越來越高的同時，基坑支護工程的重要性也日漸凸顯。傳統(tǒng)的支護形式如放坡開挖(無支護)及簡易支護，雖然經(jīng)濟實惠且施工方便但是不適用于開挖深度過大的基坑；傳統(tǒng)的無內(nèi)支撐支護雖然施工工期快、難度小，但是基坑變形大，且基坑開挖深度較大時不適用；傳統(tǒng)的內(nèi)支撐支護雖然適用基坑開挖深度大且基坑穩(wěn)定性良好的工況，但是施工難度大，出土不方便。鄭剛等[1]提出了采用傾斜支護樁的新型綠色基坑支護形式，變形控制能力和穩(wěn)定性控制能力顯著提升。本文在其基礎(chǔ)上通過ABAQUS/CAE軟件對傾斜樁支護結(jié)構(gòu)、雙排直樁進(jìn)行有限元分析比較。

1 實驗原理

1.1 部件創(chuàng)建

整個模型由三個部件組成:土體采取簡化后的三維模型，長100 m，寬7.5 m，高50 m，土層一個，開挖層兩個，每次開挖3 m。冠梁采用三維模型，長7.5 m，寬2 m，高0.8 m。傾斜樁為邊長0.5 m矩形樁，長13 m的三維模型。直樁為邊長0.5 m矩形樁，長15 m的三維模型。

1.2 定義材料屬性

選定部件模型并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，定義界面屬性，將截面屬性分配給相應(yīng)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)材料分區(qū)。各部件的材料屬性見表1。

表1 各部件材料屬性表

1.3 裝配與分析步

創(chuàng)建的各個部件通過旋轉(zhuǎn)實體和平移實體組裝成一個模型。建立地應(yīng)力平衡分析步、加載樁體和冠梁、開挖1、開挖2。

1.4 建立相互作用與荷載

組裝好的模型應(yīng)對土體與樁體、樁體與冠梁建立相互作用，樁體底端與土體采用綁定連接，樁體頂端與冠梁接觸面采取綁定連接，樁體側(cè)面與土體采用接觸，切向行為罰函數(shù)，取值0.3，法向行為為硬接觸。限定土體的四面的水平位移和土體底部的水平位移、豎向位移。在地應(yīng)力平衡步對土體施加重力荷載，加載樁體和加載冠梁時分別對樁體與冠梁施加重力荷載。

1.5 劃分網(wǎng)格提交計算

土體、樁體、冠梁全局劃分尺寸為1的種子劃分網(wǎng)格。將處理好的模型創(chuàng)建分析任務(wù)并提交計算。模擬實驗流程見圖1。

圖1 模擬實驗流程圖

2 實驗數(shù)據(jù)分析

2.1 土體的沉降位移

傾斜樁組合結(jié)構(gòu)沉降變形云圖與傳統(tǒng)雙排樁沉降變形云圖如圖2所示，其中，傾斜樁組合結(jié)構(gòu)的坑內(nèi)最大隆起為135.8 mm,傳統(tǒng)的雙排樁坑內(nèi)最大隆起為136 mm,而兩者的最大沉降位移也相近且可以忽略不計。從沉降位移來看，傾斜樁組合結(jié)構(gòu)具有良好的支護作用，與傳統(tǒng)雙排樁的支護效果相當(dāng)。

(a)傾斜樁組合

2.2 土體的水平位移

傾斜樁組合結(jié)構(gòu)水平變形云圖與傳統(tǒng)雙排樁水平沉降變形云圖如圖3所示，其中，傾斜樁組合結(jié)構(gòu)的最大水平位移為8.82 mm,傳統(tǒng)的雙排樁最大水平位移為8.46 mm。從水平位移角度，傾斜樁組合結(jié)構(gòu)的支護作用良好，與傳統(tǒng)雙排樁的支護效果相當(dāng)。

(a)傾斜樁組

2.3 前排樁的水平位移

傾斜樁組合結(jié)構(gòu)的前排樁與傳統(tǒng)雙排樁前排樁的隨樁長水平變形散點對比如圖4所示，其中，傾斜樁組合結(jié)構(gòu)前排樁的最大水平位移為4.17 mm,傳統(tǒng)的雙排樁前排樁的最大水平位移為3.75 mm。傾斜樁組合結(jié)構(gòu)的支護作用良好，與傳統(tǒng)雙排樁的變形趨勢相同。

圖4 前排樁水平位移圖

3 結(jié)束語

1)三組實驗數(shù)據(jù)對比來看，傾斜樁組合結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)雙排樁的支護效用相似，本次模擬實驗結(jié)果對工程實踐具有指導(dǎo)意義。

2)傾斜樁組合結(jié)構(gòu)無需內(nèi)支撐，施工方便快捷，安全性高，綠色環(huán)保，是未來應(yīng)用趨勢。

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