基坑支护结构水平变形分析中ABAQUS有限元软件的应用

　　摘要：文中以湖南某深基坑为例，通过ABAQUS有限元模拟了初始应力、更改初始应力、堆土反压、增加预应力锚杆等工况，实测数据和模拟数据进行对比，分析了桩锚支护的变形规律，建立正确的模型，通过预测来指导后续的安全施工，取得了良好效果。

　　关键词：深基坑; 有限元; 分析;

　　ABAQUS Finite Element Analysis of Deep Foundation Pit Deformation

　　Jia Ruichen Zhen Jinglian

　　Hunan High Speed Railway Vocational and Technical College

　　Abstract：In this paper, taking a deep foundation pit in Hunan Province as an example, through ABAQUS finite element simulation of initial stress, change of initial stress, soil back pressure, increase of prestressed anchor rod and other working conditions, the measured data and simulation data are compared, the deformation law of pile anchor support is analyzed, the correct model is established, and the follow-up safety construction is guided by prediction, and good results are achieved.

　　由于设计、施工不当导致基坑失稳以致倒塌，为了避免安全事故的发生，本文采用ABAQUS有限元软件来通过实测数据和模拟数据进行对比，建立正确的模型，预测结果指导后续的施工，避免了类似基坑事故的发生。

　　1 工程概况

　　图1 基坑平面示意图   

　　湖南某高层建筑，基坑深度9.5 m，基坑面积约8000 m2，桩锚支护结构，人工挖孔桩桩径1.2 m，桩长18.5 m，桩心距离2.4 m；桩顶为一道1000 mm×600 mm的冠梁，在冠梁下面1.5 m处设一道13 m的锚杆；基坑平面图如图1所示。场地工程地质条件如表1所示。由于基坑西北侧监测点4、5、6水平位移超过了预警值，固采用ABAQUS有限元软件对基坑西北侧通过实测与模拟仿真来指导基坑施工。场地杂填土4.3 m，重度16.4 k N/m3；粘土7 m，重度18.4 KN/m3；粉砂4.7 m，重度18.0 KN/m3。

　　2 基坑模型的建立

　　基坑外缘土层边界距离其开挖边界的距离为28.5 m，该数值为开挖深度的三倍，以保证消除边界条件的影响。在垂直方向方面，从地表以下取38 m[1]。模型如图1所示，分析的步骤如表1所示。

　　土体采用弹塑性D-P模型，冠梁采用梁单元，锚杆采用三维杆来模拟。由于基坑西北侧监测点4、5、6水平位移超过了预警值，固此段为重点模拟部位。

　　3 基坑位移及险情

　　施工期间，各监测点的累计水平位移如表1所示。从表中可知，3、5、6监测点水平位移已经超过规范规定的报警值，4监测点位移也比较大且接近规范规定的报警值。

　　表1 支护结构水平位移累计    

　　为了使基坑安全施工，在3、4、5、6监测点水平地面下7 m位置增加一排11 m长的锚索，组成桩锚支护，增加支护结构的刚度，使得位水平移值在安全范围内。

　　4 有限元分析

　　第一工况：在5、6监测点位置，初始荷载为20 Kpa；人工挖孔桩直径1 m，中心距2 m，桩长18 m，嵌于中风化岩层7.85 m；桩顶设钢筋混凝土冠梁；冠梁下方1.1 m处设置长12 m、Φ120的锚杆。

　　图2 各监测点第一工况的水平位移图  

　　图3、5、6监测点第二工况的水平位移图 

　　由图2所示，其它监测点模拟结果与实测结果相近，但5、6 监测点模拟结果与实际变形相差较大，经实地勘察得知，此位置堆放了大量的建筑垃圾以及部分地表水，与模拟地面荷载15 Kpa不符，于是更改模型信息与实际相符[2]。

　　第二工况：在5、6监测点位置，初始荷载更改为40 k Pa；人工挖孔桩、冠梁；冠梁下方1.1 m处锚杆信息不变。在桩顶下7 m位置增加了一道8 m长的锚杆，预应力为120 k N;5、6监测点基坑底堆土1.5 m反压；因为此季节为雨季，考虑了水压力的增加

　　由图3所示，5、6监测点不考虑水压力变化的模拟结果与实际变形基本相近；但是此季节为雨季，水压力的增加对基坑的稳定有着重要的影响，从图可知，水平位置持续的增加，对基坑的稳定性有极大的险情[3]。

　　第三工况：在前面2个工况信息的基础上，由于水压力的增加有可能导致基坑失稳，于是增加堆土的高度到4 m[4]。5、6监测点水平位移在安全范围内，且模拟结果与实际变形基本相近。

　　5结论

　　(1）通过三个工况的分析标明ABAQUS有限元法预测基坑支护结构水平变形是准确可行的，同时建立了准确的模型，根据预测结果指导后续的施工。

　　(2）基坑顶部的建筑垃圾堆载、地面水都会对基坑支护的变形有直接的影响。在施工期间，尽量避免此类似的情况发生[5]。

　　(3）桩锚支护中一排锚杆对于基坑整体稳定性提高不多，应该增加几道锚杆来提高支护结构的承载力。

　　(4）当基坑水平位移超过警戒值，堆土反压是比较有效的处理方式，保证了基坑及周边环境的安全。

　　参考文献

　　[1]何春保.紧邻地铁设施深基坑信息化施工与分析[J].建筑结构.2014,44(16):81-86.

　　[2]龙林，李之达.长沙市某深基坑工程的监测及变形规律研究[J].建筑结构.2020,50(02):133-137.

　　[3] 兰国友.地铁大型车站深基坑支护稳定监测与变形控制研究[D].湖南：中南大学，2018.

　　[4]崔志利.桩锚支护结构在深基坑支护工程中的应用[J].山西建筑.2019.35(27):117-119.

　　[5]左威龙.有限元分析在基坑支护方案设计中的应用[J].岩土工程学报.2018,30(S1):78-81.