深基坑工程支护ADINA 数值模拟与现场实测研究

某基坑深 18. 600m 。场地地形地貌比较简单，没有发现断裂结构，区内未发现岩土崩塌、滑坡、泥石流和土洞等不良地质作用，场地条件稳定。基坑坑壁安全等级为一级，重要性系数为 1.0。考虑基坑坑壁施工荷载的不确定性，地面超载按照15kpa 取值。

一、初步设计

根据以往的工程经验及物理力学参考相类似工程的设计资料，本基坑采用 Φ 600 径螺旋钻孔压灌桩加土层锚杆联合支护，桩深 20.6 米，桩中心间距为 1.2 米；初步设计基坑共布置 3 排锚杆，倾角 20o，水平间距为 1.2m ，竖向间距第一排距地面 5.600 米，第二排距地面 10.100 米，第三排距地面 14.600米，锚索才用 7φ5 钢绞线 HPB235（φ）HRB335（ Φ ），φ 级钢筋之间和 Φ 与Φ 钢筋焊接采用 E43 系列， Φ 级之间焊接采用 E50 系列。钢绞线设计强度标准值 1860Kpa，腰梁采用 2[20 槽钢。桩间采用二次支护，桩间土采用 φ6@200 钢筋网并喷射 50-80mm 厚 C20 混凝土厚度。锚索从两个槽钢之间穿过，用锚具与槽钢连接。锚具由螺纹丝和螺母组成。

二、数值模拟建模

采用 ADINA 中的 Native 建模方式，计算区域左右两侧向外延伸 50m ，基坑宽度 200m ，桩下侧向下延伸斜 27m ，整体取 300m×50m 。支护结构包括钻孔悬喷混凝土压灌桩和锚索。土层以及喷射混凝土采用平面四节点等参单元，锚索采用 rebar 单元。

基坑为先打灌压桩支护，然后开挖至一定高度开始打锚索。开挖分四次开挖，第一次挖至第一排锚索的位置，然后加载锚索支护；第二次挖至第二排锚索的位置，然后加载第二排锚索支护；第三次开挖至第三排锚索的位置，然后进行第三排锚索支护；第四次开挖至基坑的最低处。

计算仅考虑由于基坑土层开挖引起的土体自重的侧向剪应力，忽略构造地应力的影响，开挖卸载的模拟采用初始参数法来实现。在模型中，土体采用 4节点等参单元，采用Mohr-Coulomb 材料模型；喷射混凝土采用4 节点等参单元；锚索采用ADINA 提供的rebar 即钢筋单元进行模拟。

因为有限元需要进行模型离散，产生单元，所以要进行单元划分，综合考虑运算效率和精度，在应力梯度较大处，适当加密划分份数，即在支护结构附近加密单元，在远离支护结构的部分，采用大块的实体单元。具体划分单元9990 个，节点 138598 个。

三、结论

深基坑预应力锚索和灌压桩支护技术作为一种安全可靠、经济可行、快速简便的深基坑支护新技术，已在深基坑开挖支护及边坡加固支护中得到了广泛应用。但对其工作机理与设计方法和理论的研究还不够深入，目前还没有一个较为完善的计算模型能完全模拟它的支护机理及力学性能，而且由于设计不当造成的深基坑工程事故还时有发生，因此有必要对此桩锚联合支护技术的工作原理进行更深入的研究与探讨。

本文通过某基坑支护的工程地质和土层的物理特性的分析，采用灌压桩和锚索支护进行数值模拟研究，并对锚索参数、支护桩的稳定性进行了详细的计算和阐述，根据现场的实际情况，采用大型有限元软件ADINA 进行了数值模拟，对工程起到一定的指导作用，而且通过现场检测证实了模拟结果符合工程实际和数值模拟可行性。

本文以某基坑支护工程为工程背景展开研究，针对目前亟待解决的设计、施工问题，从地质定性分析和数值定量分析角度，对基坑的稳定性进行了分析评价，并通过基坑现场检测对支护稳定行分析可行性验证。本文借助于详细监测资料，对基坑开挖过程中基坑变形规律、土压力的变化规律，支护结构与土相互作用的规律进行深入研究，这无疑对完善深基坑设计理论具有重要的意义，同时对同类工程深基坑设计具有重要的参考价值。

作者简介：郝连学（1984.12.29— ）男，汉族，人 , 辽宁省工程建设部副部长，职称：高级工程师，主要研究方向是道路与桥梁工程。