SMW工法桩基坑支护与数值模拟研究
摘 要：SMW工法桩是一种新型的基坑支护形式，它有一些独特的优点，因此得到了广泛的应用。该文通过FLAC3D有限元分析软件对某SMW工法桩基坑支护形式进行数值模拟，得出基坑开挖过程中的桩身水平位移图、基坑地表沉降分布图等，并分析得出：基坑开挖过程中坑壁的水平位移的最大值在距离基坑顶部约为8 m处，基坑周围的竖向位移的最大值在距离坑壁约为9 m处。
关键词：SMW工法 深基坑支护 基坑开挖 FLAC3D有限元分析
中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（b）-0043-02
近年来，随着城市建设的发展，深基坑工程受到普遍的重视。为了降低开挖基坑时对周围环境的影响，在实际应用中发展出了多种形式的支护结构，其中基于深层搅拌桩施工方法发展起来的SMW工法，作为一种新型的基坑围护技术，以其经济、工期短、适应性强等特点倍受人们的关注。该文从某工程实例出发，建立有限元数值模型进行数值计算，为SMW工法在软土地区的研究及应用积累相关试验数据。 1 工程概况
1.1 建筑工程概况
某建筑场区拟修建1幢18层病房楼，1幢3层门诊楼，两栋楼下均带有二层地下室，病房楼和门诊楼均为框架剪力墙结构，室内地坪标高为72.00 m，地下车库结构类型为框架结构，室内地坪标高为48.2 m，基础型式均为独立基础，基底标高为47.8 m。 1.2 工程地质概况
通过勘察资料可以得出：场地地势为西南方向高，东北方向低，最大相差约7 m。基坑地面标高为47.8 m，开挖深度为8.5 ～16 m之间，地下水埋深位于3.4 ～6.8 m，地下水位年变幅1～2 m，基坑位于地下水位以下。基坑周边无重点保护的建筑物，地下管线据基坑边5.5 m。基坑整体周长约300 m，长约122 m，宽约33 m。基坑安全等级为二级，场地土层的地层资料见表1。 1.3 支护结构
该工程采用SMW工法桩支护形式，水泥土桩采用三轴水泥土搅拌桩，水泥土搅拌桩的直径采用1 000 mm，中心间距为750 mm，内插H型钢，布置形式采用插一跳一型，搅拌桩的入土深度比型钢的插入深度深1m，水泥土桩22 m；内插型钢截面采用H800×300的截面形式。锚杆水平倾角20°，水平间距为1.5 m，竖向间距为2 m，第一排锚杆为地表以下2.5 m，锚杆的参数见表2。
2 FLac3d数值模拟 2.1 计算模型的建立
此次模型建立采用简化的模型，整个模型长45 m，宽取型钢间距1.5 m，高取30.5 m。土体材料采用Mohr-Coulomb屈服准则，并且假设为大变形。为方便建立支护结构模型，型钢水泥土墙和双排桩均参照等抗弯刚度计算公式换算成地下连续墙。根据结构设计参数将型钢水泥土墙转换成宽度为0.53 m地下连续墙，采用实体单元，弹性屈服准则，弹性模量为30 GPa，泊松比为0.21。锚杆采用锚索结构单元（Cable单元）模拟锚杆。
2.2 基坑开挖与锚杆建立
在数值模拟计算时，应模拟整个基坑模型范围内土体在自重作用下的固结过程，以获得基坑的初始应力场，基坑坑内、外水位人工降至基坑底板下一定深度处，且待土体固结沉降趋于稳定后进行基坑开挖和支护，故进行数值模拟分析时可不考虑地下水作用。
土体固结后，设置SMW工法桩，桩长22 m，厚0.53 m，为保证开挖时基坑支护结构稳定性及现场施工的需要，对该基坑设置了4排锚杆并分5步进行开挖，第一排锚杆位于地表下2.5 m，其余间距2 m，基坑支护情况见图1，对每次开挖后的位移进行分析。 3 计算结果分析
3.1 桩身位移分析
最后一步开挖完成后，基坑的水平位移见图2，从图2可以看出，基坑壁的水平位移在深度方向上是曲线分布，最大值在距离基坑顶部约为8 m处，水平位移的最大值约为21 mm，紧接着水平位移沿基坑深度方向减小，基坑的开挖深度约为12 m，坑底水平位移约为14 mm，在距离基坑顶部约为17 m时，水平位移接近于0。 3.2 基坑地表沉降分布
最后一步开挖完成后，基坑周边的竖向位移见图3，从图3可以看出，基坑周边地表沉降在水平方向上呈曲线分布，当与坑壁距离较小时，竖向位移随着距坑壁距离的增大而增大，最大值距离坑壁约为9 m处，竖向位移的最大值约为14 mm，紧接着竖向位移随着距坑壁的距离增大而减小，在距离坑壁约22 m时，竖向位移接近于0。 4 结论
通过FLAC3D有限元分析软件对某深基坑工程进行数值模拟，得出以下结论。
（1）SMW工法桩支护的基坑水平位移和竖向位移都呈曲线分布，在开挖深度较浅时，水平位移的最大值位于基坑的底部，随着开挖深度的增加，水平位移的最大值逐渐上移。而竖向位移的最大值则随着开挖深度的增加，逐渐从基坑周边向外移。
（2）基坑的水平位移最大值为21 mm，竖向位移最大值为14 mm，根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012可知，基坑开挖中允许最大位移量为60 mm，水平位移和竖向位移均小于最大允许位移变形量，因此可以保证基坑开挖过程的安全。
（3）在工程施工的过程中，应加强监测，并将监测数据与模拟得到的数据进行对比分析，以指导施工。 参考文献
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