【導讀】濟南西客站市政配套工程站前廣場。基坑工程設計優(yōu)化研究。完成時間：20xx年8月

　　

【正文】 序號 土釘型號 密度? (kg/m3) 彈性模量 E (GPa) 橫截面積 A (mm2) 漿體粘聚力 Cg (N/m) 漿體摩擦角g? 漿體 剛度gk (N/m/m) 漿體周長 gP (mm) 壓縮強度 cF (KN) 拉伸強度 tF (KN) 1 自由段 7800 195 1 1 1 471 2 錨固段 7800 195 2179。 105 30 179。 107 471 土釘墻支護、放坡部分 ： 面層鋼筋網 按φ @250179。 250布置 ， 噴砼 C20， 厚度 80mm。加強段和地鐵 1線外伸部分端部：面層鋼筋網按φ 8@200179。 200布置，噴砼 C20，厚度 100mm。 面層采用殼單元模擬，計算用的 噴射混凝土面板 力學參數如表 。 表 噴射混凝土面板 物理力學參數 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 2500 26 100 （ 5）邊界條件 假定沿基坑周邊走向無限長，按平面應變計算。模型左右邊界、前后邊 28 界施工法向約束，底邊界施加固定約束，如圖 。 圖 模型邊界約束條件 方案一 建模 11 支護單元剖面圖，如圖 。 土釘設計參數，如表 。圖 ~圖 為開挖計算有限 差分網格，最大開挖深度 H=，考慮基坑土質情況的開挖影響范圍，計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。土釘設計按梅花形布置，水平間距為 m。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。為簡化計算，土釘按矩形網格 布置，計算模型沿基坑周邊走向方向取 ，如圖 。 圖 11 支護 單元剖面圖 29 表 11支護剖面段土釘 設計參數 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支護單元錨桿立面圖 圖 計算網格 圖 計算網格和支護錨桿 30 圖 計算網格局部透視圖 計算 結果及分析 提取地表 沉降位移 、邊坡表面 側向水平位移和坑底隆起變形值 ， 監(jiān)測點位置 如圖 。 圖 變形監(jiān) 測點示意圖（地表、邊坡、坑底） 方案一合位移云圖及矢量圖 ，如 圖 ~圖 。由圖可見，隨基坑開挖基坑坑底和邊坡有向上、向內反彈變形的趨勢。 最大變形位置出現在坑底，坑頂變形較小。地表沉降范圍較小。 31 圖 方案一合位移云圖 及矢量圖 (第一步開挖 ) 圖 方案一合位移云圖及矢量圖 (第二步開挖 ) 32 圖 方案一合位移云圖及矢量圖 (第三步開挖 ) 圖 方案一合位移云圖及矢量圖 (第四步開挖 ) 33 圖 方案一合位移云圖及矢量圖 (第五步開挖 ) 圖 方案一合位移云圖及矢量圖 (第六步開挖 ) 34 方案一地面沉降曲線如圖 。 地表沉降曲線 形如降水漏斗形。坑頂邊緣出現變形向上反彈，向上位移值為 mm。 最大 沉降值為 mm，出現在離基坑邊緣 約 20 m的位置 。 2 mm 影響范圍在基坑外 40 m， 1 mm 影響范圍在基坑外 52 m。 方案一坡面水平變形曲線 ，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。整個坡面變形是上小下大，最大變形出現中下部?？禹斚蚧油庾冃?。最大變形出在基坑深度 12 m 處，接近坑腳 位置，最大水平水移值 mm。 方案一坑底隆起曲線，如圖 。隆起曲線形如 拋物線 。因為受到基坑外土體的約束作用， 最小值出現在坑腳位置，隆起值為 mm。 最大值出現在距坡腳約 12 m 處，最大值為 mm。 方案一地表沉降曲線 到坑頂水平距離（m）地表沉降（mm） 圖 方案一地表沉降曲線 35 方案一基坑坡面變形曲線 水平位移（mm）深度（m） 圖 方案一坡面水平變形曲線 方案一坑底向上隆起曲線60708090100110120 到坑腳距離（m）坑底隆起（mm） 圖 方案一坑底向上降起曲線 土釘軸力結果及分析 基坑開挖完成后，土釘 軸力如圖 。 土釘軸力形如棗核形，中間大兩端小。最大軸力出現下排土釘的中間部位，達到 KN， 遠 小于土釘拉伸屈服 36 強度。 圖 方案一土釘軸力圖 方案二 建模 11 支護 單元 加強段剖面圖，如圖 。 土釘設計參數，如表 。 預應力錨索設計參數如表 。 土釘、錨索按梅花形布置 ， 計算模型沿基坑周邊走向方向取 m，如圖 。 計算網格如圖 、圖 。 37 圖 11支護單元加強段剖面圖 表 11支護剖面加強段土釘設計參數 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 表 11支護剖面加強段預應力錨索設計參數 土釘編號 桿體類型 水平間距(mm) 自由段長度 (mm) 錨固段長度 (mm) 預應力鎖定值 (KN) 鉆孔直徑(mm) MG1 2Φ 3000 6000 9000 160 150 MG2 2Φ 3000 6000 9000 160 150 MG3 2Φ 3000 6000 9000 160 150 圖 11支護單元加強段錨桿立面圖 38 圖 計算網格 圖 11支護單元加強段 計算網格和支護錨桿 圖 11支護單元加強段 計算網格局部透視圖 計算結果及分析 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)測點位置如圖 。 方案二開挖完成后最終 合位移云圖及矢量圖 ，如 圖 。由圖可見，隨基坑開挖基坑坑底和邊坡有向上、向內反彈變形的趨勢。 39 圖 方案二開挖完成后基坑合位移云圖及矢量圖 方案二 地面沉降曲線如圖 。 地表沉降曲線形如降水漏斗形?？禹斶吘壋霈F變形向上反彈，向上位移值為 。最大 沉降值為 ，出現在離基坑邊緣約 20m的位置。 方案二 坡面水平變形曲線，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。整個坡面變形是上小下大，最大變形出現中下部。坑頂向基坑外變形 。最大變形出在基坑深度 12 m 處，接近坑腳的位置，最大水平水移值 mm。 方案二 坑底隆起曲線，如圖 。隆起曲線形如拋物線，最小值出現在坑腳位置，是因為受到基坑外土體的約束作用，隆起值為 mm。最大值出現在距坡腳約 12 m 處，最大值為 mm。 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 方案二基坑坡面變形曲線 水平位移（mm）深度（m） 圖 方案二坡面水平變形曲線 41 方案二坑底向上反彈曲線60708090100110120 到坑腳水平距離（m ）坑底隆起（mm） 圖 方案二坑底向上降起曲線 土釘軸力結果及分析 基坑開挖完成后，土釘 、錨索 軸力如圖 。土釘軸力形如棗核形，中間大兩端小。 錨索預應力設計值為 160KN，基坑開挖完成后有應力損失，最大值為 KN。 圖 方案二土釘軸力圖 42 方案一和方案二對比分析 為分析方案一和方案二控制基坑開挖變形方面的效果，把方案一和方案二變形數據繪制在同一個曲線上， 地表沉降、坡面變形、坑底隆起曲線，如圖 ~圖 。 由圖 可見， 11 剖面支護加強段預應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 %。 由圖 、 圖 可見， 兩條曲線幾乎重合， 兩種方案對控制地表沉降及坑底隆起效果 差別不大 。 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 剖面加強段 圖 地表沉降曲線（方案一、方案二） 方案三 建模 22 支護單元剖面圖，如圖 。 土 釘設計參數，如表 。圖 ~圖 44 為開挖計算有限元差分網格，最大開挖深度 H=15m，考慮 基坑土質情況的開挖影響范圍，計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。土釘設計按梅花形布置，水平間距為 m。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。為簡化計算，土釘按矩形網格布置，計算模型沿基坑周邊走向方向取 ，如圖 。 圖 22 支護單元剖面圖 表 22支護剖面段土釘設計參數 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支護單元錨桿立面圖 圖 計算網格 圖 計算網格和支護錨桿 46 圖 計算網格局部透視圖 計算結果及分析 提取地表沉降位 移、邊坡表面?zhèn)认蛩轿灰坪涂拥茁∑鹱冃沃担O(jiān)測點位置如圖 。 圖 變形觀測點示意圖（地表、邊坡、坑底） 方案 三 合位移云圖及矢量圖 ，如 圖 。由圖可見，隨基坑開挖基坑坑底和邊坡有向上、向內反彈變形的趨勢。 47 圖 方案三基坑開挖完成后 合位移云圖及矢量圖 方案三地面沉降曲線如 圖 。 地表沉降曲線形如降水漏斗形。坑頂邊緣出現變形向上反彈，向上位移值為 。最大 沉降值為 ，出現在離基坑邊緣約 。 方案三坡面水平變形曲線，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。整個坡面變形是上小下大，最大變形出現中下部?？禹斚蚧油庾冃?。最大變形出在基坑深度 m 處，接近坑腳的位置，最大水平水 移值 mm。 方案三坑底隆起曲線，如圖 。隆 起曲線形如拋物線，最小值出現在坑腳位置，是因為受到基坑外土體的約束作用，隆起值為 mm。最大值出現在距坡腳約 12 m 處，最大值為 mm。 48 方案三地表沉降曲線 到坑頂邊緣距離（m）地表沉降（mm） 圖 方案三地表沉降曲線 方案三基坑坡面變形曲線 水平位移（mm）深度（m） 圖 方案三坡面水平變形曲線 49 方案三坑底向上反彈曲線60708090100110120 到坑腳距離（m）坑底隆起（mm） 圖 方案三坑底向上隆 起曲線 土釘軸力結果及分析 基坑開挖完成后，土釘軸力如圖 。 土釘軸力形如棗核形，中間大兩端小。 基坑上部基坑反彈，土釘 出現壓應力現象。 最大軸力出現下排土釘的中間部位，達到 KN，小于土釘拉伸屈服強度。 圖 方案三土釘軸力圖 50 方案四 建模 22 支護加強段單元剖面圖，如圖 。 土釘 和預應力錨索 設計參數，如表、表 。 計算網格如圖 ~圖 。土釘、錨索按 梅花形布置，計算模型沿基坑周邊走向方向取 ， 如圖 。 圖 22 支護單元加強段剖面圖 表 22支護剖面加強段土釘設計參數