基于PLAXIS 2D 的枣阳某深基坑支护工程数值分析

张宽,庄顺建

(中交第二航务工程勘察设计院有限公司,武汉430071)

1 引言

随着现代化城市发展进程的推进, 地下空间因高层建筑不断增加而被开发利用,基坑工程的深度、范围及数量在大幅度增加。城市建设中的基础工程施工需要面对周边建筑多、风险大等问题,对深基坑工程提出了更高的要求[1,2]。

有限元分析软件已经被广泛运用到岩土工程变形和稳定性计算中,但一般直接应用软件进行计算,缺乏参数选择及适用性分析过程。鉴于此,本文采用有限元数值模拟及传统计算软件对枣阳顺城公园地下停车场深基坑结果进行对比, 分析了PLAXIS 2D 模拟深基坑支护设计的可靠度, 可为类似工程及场区提供理论参考和设计依据。

2 工程概况

拟建项目位于枣阳市护城河两岸,地下停车场分为2 层,平面形状近似不规则梯形。 由于该深基坑范围较大,故选取AA1 剖面作为本文的研究对象。 基坑重要性等级为2,引用钻孔为TCZK34,孔顶绝对标高为112.68 m,结构±(0.00)m 处与计算地面的相对高差为0.35 m,最大开挖深度为6.4 m。

3 PIaxis 2D 基坑支护数值模拟

3.1 基坑支护设计

根据现场条件、地质条件及周边环境,所研究段即1 层地下室开挖区采用悬臂灌注桩支护体系,桩长15.5 m,桩径1 200 mm,桩间距1 500 mm。桩后止水帷幕采用直径为600 mm,间距为400 mm 的双排咬合高压旋喷桩。钻孔灌注桩混凝土强度等级为C30。

3.2 计算模型及方案

利用Plaxis 2D 软件，对上述基坑支护方案进行数值模拟。引用钻孔TCZK34 揭示地层，详见表1。模型边界条件如图1所示，其中悬臂灌注桩采用板单元模拟，使用线弹性模型，土层运用硬化模型，岩体的模型使用摩尔-库仑，计算结果如图2所示。计算参数如表1 所示。

表1 岩土层基本计算参数

图1 Plaxis 2D计算网格图和边界条件

图2 Plaxis 2D有限元计算结果图

4 结果分析

图3 为基坑边界条件及桩基基础结构示意图，为验证Plaxis 2D 模拟基坑支护的可靠度，本文利用天汉基坑设计软件（V2015.1）采用总应力法且被动区无加固，计算桩排结构包罗结果图4 所示，其中最大位移发生在相对标高-0.35 m（地面以下0 m），最大位移为33.2 mm；最大正向弯矩发生在相对标高-11.17 m（地面以下10.82 m），数值为791 kN。采用数值模拟的方法得到了桩身最大位移为41.2 mm，发生在地表处；最大弯矩为883 kN，发生在地面以下11.5 m 处。

图3 基坑边界条件及桩基结构示意图

采用Plaxis 2D 计算出的位移及弯矩均比荷载结构法计算出的位移略大，归其原因与其采用的本构模型以及参数密切相关，但总体计算结果趋势与天汉软件一致。

图4 天汉基坑设计软件（V2015.1）计算结果

5 结论与展望

采用Plaxis 2D 数值模拟基坑支护设计结果比天汉软件略大，计算结果趋势与后者保持一致，可与传统方法比较验证后应用，具有可靠度，可为类似工程及场区提供理论参考和设计依据。在后续研究工作中，可对基坑支护本构模型进行优化，增强其适用性。