【正文】 。地下水類型為第四系孔隙潛水。采用分階放坡的土釘墻支護(hù)型式，設(shè) 9 置五道土釘，掛網(wǎng)噴砼；加強(qiáng)段采用預(yù)應(yīng)力錨桿和土釘墻結(jié)合的復(fù)合土釘墻支護(hù)，設(shè)置二道土釘、三道預(yù)應(yīng)力錨索，掛網(wǎng)噴砼； （ 2）北區(qū)酒店綜合樓雙塔和南區(qū)高層辦公樓區(qū)域、預(yù)埋地鐵 1號線外伸端南北側(cè) 22剖面：挖深約 ， 1:。 （ 6） 主要結(jié)構(gòu)材料 水泥 鋼筋 φ： HPB235 強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fyk=235N/mm178。 錨孔注漿材料 水泥漿，強(qiáng)度不低于 M20 噴射混凝土 強(qiáng)度等級 C20 （ 7） 主要參數(shù) 1） 土釘 土釘長度 ～ ，鉆孔直徑 130mm，桿體材 20 28。 3）腰梁 腰梁采用鋼肩梁施工工藝，材料選用槽鋼 2[18a。 200布置，噴砼C20，厚度 100mm。 （ 3）本工程為臨時性工程，設(shè)計(jì)時限 12個月。 地下水控制體系 止水帷幕 為避免水位下降給周邊道路及環(huán)境造成不利影響，保證高鐵路基 零 沉降， 11 采用高壓擺噴 /旋噴止水帷幕，形成封閉式止水帷幕防滲板墻，構(gòu)造有效的防護(hù)體系。 （ 2） 主要結(jié)構(gòu)材料 水泥 （ 3） 主要參數(shù) ①水泥漿：灌漿壓力 ～ 、進(jìn)漿量 60～ 80L/min、漿液比重 ～；或者控 制水灰比 ～ 。 （ 1）采用 大口徑管井降水井進(jìn)行降水作業(yè) 基坑周邊布置降水井，井間距為 20m；坑內(nèi)設(shè)置疏干井，井間距為 36m179。 南廣場：周邊布置降水井，共 23眼，設(shè)計(jì)井深均為 20m。 預(yù)埋地鐵 1號線共布置降水井 23眼，其中 1～ 8號井井深 26m， 923號井井深21m。 300mm，集水井尺寸 500179。 （ 4）控制降水速度和強(qiáng)度，減少長期降水和繞滲對周邊環(huán)境的不利影響。 13 我們采用 Flac3D對放坡土釘墻、復(fù)合土釘墻設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)算。對一般支護(hù)設(shè)計(jì)剖面、支護(hù)設(shè)計(jì)剖面加強(qiáng)段進(jìn)行對比分析，研究預(yù)應(yīng)力錨索在加強(qiáng)控制基坑水平變形 中 的作 用。 ③ 對不同工況下計(jì)算得到地下水位變化趨勢進(jìn)行分析，評估降水效 果，給出較優(yōu)的基坑降水設(shè)計(jì)方案，確保高鐵路基“零”沉降。 FLAC3D 采用了顯式有限差分格式來求解場的控制微分方程，并應(yīng)用了混合單元離散模型，可以準(zhǔn)確地模擬材料的屈服、塑性流動、軟化直至大變形，尤其在材料的彈塑性分析、流固耦合過程、大變形分析以及模擬施工過程等領(lǐng)域有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)運(yùn)動方程可表示為如下形式： llili mFtv ??? () 其中 )(tFli 為在 t 時刻 l 節(jié)點(diǎn)的在 i 方向的不平衡力分量，可由虛功原理導(dǎo) 15 出。 FLAC3D優(yōu)點(diǎn) FLAC3D與有限元法相比有如下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） FLAC3D采用混合離散方法來模擬材料的屈服或塑性流動行為，這種方運(yùn)動方程 對每個節(jié)點(diǎn) ?由應(yīng)力及外力利用虛功原理求節(jié)點(diǎn)不平衡力 ?由不平衡力求節(jié)點(diǎn)速率 本構(gòu)方程 對每個單元 ?由節(jié)點(diǎn)速率求應(yīng)變增量 ?由應(yīng)變增量求應(yīng)力增量及總應(yīng)力 圖 計(jì)算循環(huán) 16 法比有限元方法中通常采用的降階積分更為合理。而有限元采用的隱式解法對于非線性問題需進(jìn)行迭代計(jì)算，比線性問題要耗費(fèi)許多的計(jì)算時間，而且無法跟蹤系統(tǒng)的演化過程。 FLAC3D的本構(gòu)模型 (1) FLAC3D包含了 10種彈塑性材料本構(gòu)模型，即： ?空單元模型。 (2) FLAC3D有五種計(jì)算模式。用戶可以直接輸入加速度、速度或應(yīng)力波作為系統(tǒng)的邊界條件或初始條件，邊界可以是吸收邊界和自由邊界。 ?滲流模式。邊界條件可以是固定孔隙壓力或恒定流，可以模擬水源或深井。溫度計(jì)算可以與靜力、動力或滲流計(jì)算耦合，也可單獨(dú)計(jì)算。可用來模擬巖土工程中的人工結(jié)構(gòu)如支護(hù)、襯砌、錨索、巖栓、土工織物、摩擦樁、板樁等。 (5) FLAC3D 具有強(qiáng)大的內(nèi)嵌程序語言 FISH，使得用戶可以定義新的變量或函數(shù)，以適應(yīng)用戶的特殊需要。大大降低了地下工程中的網(wǎng)格劃分的難度，加快了模型建立的速度。實(shí)際上，位移并不參與 FLAC 的計(jì)算。例如：位移為 D，計(jì)算時步為 N，則速度 V＝ D/N。這種初始狀態(tài)，就是巖體中的初始應(yīng)力場。這時，使用 FLAC3D可以通過現(xiàn)有的資料來模擬初始應(yīng)力場。 滲流 原理 FLAC3D 可以模擬多孔介質(zhì)中的流體流動，比如地下水在土體中的滲流問題。 19 FLAC3D 具有強(qiáng)大的滲流計(jì)算功能，可以解決完全飽和及有地下水變化的滲流問題。 該軟件具有強(qiáng)大的滲流計(jì)算功能，可以解決完全飽和及有地下水位變化的滲流問題。 流體的運(yùn) 動用 Darcy 定律來描述 ， 對于均質(zhì)、各向同性固體和流體密度是常數(shù)的情況，這個方程具有如下形式： ( ) [ ] , i= 1 ,2 ,3i il f j jq k k s p x g l?? ? ? () 式中 qi 是滲透流量 , p 是孔隙壓力， ??ks是介質(zhì)關(guān)于飽和度 s 的相對機(jī)動系數(shù)， ρf是流體密度， gi 是重力的三個分量。在無滲流模式下，也可以在節(jié)點(diǎn) 上設(shè)置孔隙水壓力，但其值保持不變，固體單元的屈服判斷由有效應(yīng)力決定?？紤]顆粒壓縮的情況下，選擇比奧模量和比奧系數(shù)；而 對于顆粒不可壓縮的巖土體，則選用流體體積模量和孔隙率。設(shè)置孔隙壓力固定時表示透水邊界條件，流體可以流入 (流出 )模型邊界。如果流體進(jìn)程的時標(biāo)和問題需要分析的時標(biāo)的差別很大，則有可能使用簡化的不耦合分析方法。 流固剛度比是指流體模量和固體模量之間的比值，定義為： 24 / 3k MR KG?? ? () 如果固體的剛度很大，或流體具有高壓縮性，則得出 Rk 較小，稱之為相對剛性骨架，可以 不進(jìn)行耦合計(jì)算；如果固體模量較小，流體不可壓縮，則Rk 較大，稱之為相對柔性骨架，這時需要進(jìn)行耦合分析。 t2+（ u3[b]u3[a]）178。 圖 錨單元軸向力 變形特性曲線 采用彈簧 滑塊系統(tǒng)來描述錨桿（索）、砂漿及巖體直接的相互作用關(guān)系，如圖 。 23 漿體單位長度所能承受的最大剪應(yīng)力為 ggmgs PcLF ???? )ta n (m ax υσ () 式中： cg 為漿體的粘結(jié)強(qiáng)度，Φ g39。若錨單元兩節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)重合，錨單元與實(shí)體單元聯(lián)結(jié)成整體，不產(chǎn)生相對位移；錨單元節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)不重合時，錨單元與實(shí)體元之間產(chǎn)生相對位移，其位移大小與界面模型參數(shù)有關(guān)。 設(shè)計(jì)單位依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（ JGJ 12099） ，已對基坑支護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)部穩(wěn)定、外部穩(wěn)定、局部抗拉和混凝土噴射面層進(jìn)行了強(qiáng)度驗(yàn)算。 各計(jì)算工況編號如表 。 方案三 22支護(hù)單元 挖深約 ， 1:。采用預(yù)應(yīng)力錨桿及土釘墻結(jié)合的復(fù)合土釘墻支護(hù)，設(shè)置七道土釘、三道預(yù)應(yīng)力錨索，掛網(wǎng)噴砼。地層土體采用 MohrCoulomb彈塑性本構(gòu)模型，用六結(jié)點(diǎn)實(shí)體單元模擬。每層開挖至錨桿位置向下 m，再施工土釘 或錨桿。采取止水 帷幕，基坑周邊范圍的土體地下水位隨排水、開挖等施工過程，水位下降較多。 變形模量由壓縮模量換算得到，如下式 sEE ???0 （ ） 26 )1/()21)(1( ???? ???? （ ） 式中： 0E 為變形模量（ MPa）； s E 為壓縮模量（ MPa）； ? 為泊松比。 通常取 sEE ??0 ， ? 取 ~ 倍。 錨 桿鉆 孔注漿材料 為 水泥漿，強(qiáng)度不低于 M20。 漿體單位長度粘聚力、漿體單位長度上水泥漿剛度參考 flac3D使用手冊 （ Example Application: Excavation and Support for a shallow Tunnel， flac3D） 。105 30 179。 鋼絞線 φ ， 強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fptk=1860N/mm178。 250布置 ， 噴砼 C20， 厚度 80mm。 表 噴射混凝土面板 物理力學(xué)參數(shù) 序號 面板類型 密度 (kg/m3) 彈性模量 (GPa) 泊松比 厚度 (mm) 1 一般 2500 26 80 2 加強(qiáng) 2500 26 100 （ 5）邊界條件 假定沿基坑周邊走向無限長，按平面應(yīng)變計(jì)算。圖 ~圖 為開挖計(jì)算有限 差分網(wǎng)格，最大開挖深度 H=，考慮基坑土質(zhì)情況的開挖影響范圍，計(jì)算深度和寬度為最大開挖深度的（ 2~3） H，即模型整體高度取 30 m，整體寬度為 130 m。 圖 11 支護(hù) 單元剖面圖 29 表 11支護(hù)剖面段土釘 設(shè)計(jì)參數(shù) 土釘編號 桿體類型 長度 (mm) 水平間距 (mm) 鉆孔直徑 (mm) TD1 1Φ 20 6000 1500 130 TD2 1Φ 20 9000 1500 130 TD3 1Φ 20 9000 1500 130 TD4 1Φ 20 9000 1500 130 TD5 1Φ 20 9000 1500 130 圖 11支護(hù)單元錨桿立面圖 圖 計(jì)算網(wǎng)格 圖 計(jì)算網(wǎng)格和支護(hù)錨桿 30 圖 計(jì)算網(wǎng)格局部透視圖 計(jì)算 結(jié)果及分析 提取地表 沉降位移 、邊坡表面 側(cè)向水平位移和坑底隆起變形值 ， 監(jiān)測點(diǎn)位置 如圖 。地表沉降范圍較小。 最大 沉降值為 mm，出現(xiàn)在離基坑邊緣 約 20 m的位置 。整個坡面變形是上小下大，最大變形出現(xiàn)中下部。隆起曲線形如 拋物線 。 土釘軸力形如棗核形，中間大兩端小。 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)參數(shù)如表 。 方案二開挖完成后最終 合位移云圖及矢量圖 ，如 圖 ?？禹斶吘壋霈F(xiàn)變形向上反彈，向上位移值為 。整個坡面變形是上小下大，最大變形出現(xiàn)中下部。隆起曲線形如拋物線，最小值出現(xiàn)在坑腳位置，是因?yàn)槭艿交油馔馏w的約束作用，隆起值為 mm。 錨索預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值為 160KN，基坑開挖完成后有應(yīng)力損失，最大值為 KN。 基坑坡面水平變形曲線 水平位移（mm）深度（m）11 剖面段11 剖面加強(qiáng)段 圖 基坑坡面水平變形曲線（方案一、方案二） 43 坑底向上反彈曲線60708090100110120 到坑腳距離（m）坑底隆起（mm） 11 剖面段11 剖面加強(qiáng)段 圖 坑底向上反彈曲線（方案一、方案二） 地表沉降曲線 到坑頂邊緣距離（m）地表沉降（mm）11 剖面段11 剖面加強(qiáng)段 圖 地表沉降曲線（方案一、方案二） 方案三 建模 22 支護(hù)單元剖面圖，如圖 。土釘間排距不變，按梅花形布置、或矩形布置，對基坑邊坡整體變形影響不大。由圖可見，隨基坑開挖基坑坑底和邊坡有向上、向內(nèi)反彈變形的趨勢。最大 沉降值為 ，出現(xiàn)在離基坑邊緣約 。坑頂向基坑外變形 。最大值出現(xiàn)在距坡腳約 12 m 處，最大值為 mm。 最大軸力出現(xiàn)下排土釘?shù)闹虚g部位，達(dá)到 KN，小于土釘拉伸屈服強(qiáng)度。土釘、錨索按 梅花形布置，計(jì)算模型沿基坑周邊走向方向取 ， 如圖 。 土釘 和預(yù)應(yīng)力錨索 設(shè)計(jì)參數(shù)，如表、表 。 土釘軸力形如棗核形，中間大兩端小。 方案三坑底隆起曲線，如圖 。 按 1: 比例放坡，坡角較小， 基坑開挖坡面出形整體向上反彈趨勢。 地表沉降曲線形如降水漏斗形。 圖 22 支護(hù)單元剖面圖 表 22支護(hù)剖面段土釘設(shè)計(jì)參數(shù) 土釘編號 桿體類型 長度 (mm) 水平間距 (mm) 鉆孔直徑 (mm) TD1 1Φ 20 9000 1500 130 TD2 1Φ 20 120xx 1500 130 TD3 1Φ 20 120xx 1500 130 TD4 1Φ 20 15000 1500 130 TD5 1Φ 20 120xx 1500 130 TD6 1Φ 20 9000 1500 130 45 圖 22支護(hù)單元錨桿立面圖 圖 計(jì)算網(wǎng)格 圖 計(jì)算網(wǎng)格和支護(hù)錨桿 46 圖 計(jì)算網(wǎng)格局部透視圖 計(jì)算結(jié)果及分析 提取地表沉降位 移、邊坡表面?zhèn)认蛩轿灰坪涂拥茁∑鹱冃沃?，監(jiān)測點(diǎn)位置如圖 。圖 ~圖 44 為開挖計(jì)算有限元差分網(wǎng)格，最大開挖深度 H=15m，考慮 基坑土質(zhì)情況的開挖影響范圍，計(jì)算深度和寬度為最大開挖深度的（ 2~3） H，即模型整體高度取 30 m，整體寬度為 130 m。 由圖 可見， 11 剖面支護(hù)加強(qiáng)段預(yù)應(yīng)力錨索減少基坑水平變形效果較明顯，深度 10m 位置減小變形量 %，深度 8m 位置減小變形量 %，深度 6m位置減小變形量 %。 40 方案二地表沉降曲線 到坑頂邊緣距離（m）地表沉降（mm） 圖 方案二地表沉降曲線