张丹 周宸 翟航
(中兵勘察设计研究院，北京 100053)
0 引言
土钉墙是最常用的基坑支护方式之一［1，2］，其工作原理是一种原位土体加筋技术。将基坑边坡通过由钢筋制成的土钉进行加固，边坡表面铺设一道钢筋网再喷射一层混凝土面层和土方边坡相结合的边坡加固型支护施工方法。其构造为设置在坡体中的加筋杆件(即土钉或锚杆)与其周围土体牢固粘结形成的复合体，以及面层所构成的类似重力挡土墙的支护结构［2］。
由于土钉墙支护体系是一个长度、宽度和深度组成的三维空间结构，因此其分析计算是一个复杂的三维空间问题［3，4］。
本文以北京某土钉墙基坑为例，通过采用FLAC3D进行三维模拟计算分析，分析土钉受力的空间效应及分布特征。
1 工程情况概述
该项目位于北京市亦庄开发区，基坑支护深度约10 m，土钉墙支护，边坡采用1∶0.3放坡，共布设6排土钉，自上而下长度分别为6.0 m，8.0 m，9.0 m，7.0 m，6.0 m，4.0 m，土钉间距 1.6 m(垂直)×1.5 m(水平)。
场地内土层分为人工填土层、一般第四系沉积层两个大层，地层参数见表1。
表1 地层参数取值表
人工填土层:杂填土①层，粘质粉土素填土①1层。
第四系沉积层:细砂②层，粉砂②1层;粘质粉土③层;细～中砂④层;粉质粘土⑤层。
基坑施工及运行期间采用管径降水对地下水进行抽降，因此，不考虑地下水影响。
2 基坑模型
为更好的模拟土钉受力的空间效应，分别选取了以阳角、阴角为特征的模型分段进行数值模拟分析(模型见图1，图2)。
1)模型参数:阳角特征段:194 384单元，35 673个节点，长50 m，宽50 m，高20 m，固定边界条件;阴角特征段:213 560单元，38 996个节点，长50 m，宽50 m，高20 m，固定边界条件。2)单元选取:土钉、面板分别用FLAC3D中的Cable，Shell结构单元进行模拟，面板Shell与锚杆Cable采用刚性连接，结构单元与土层之间接触通过无厚度的Interface单元进行模拟。3)计算模型:模型在进行开挖前初始地应力计算过程中采用弹性模型，开挖开始后采用摩尔—库仑屈服准则和受拉破坏屈服准则。
图1 基坑阳角特征段模型图
图2 基坑阴角特征段模型图
3 数值分析
在阳角、阴角段分别选取两个特征剖面，两剖面分别具有距离阳、阴角较近和距离阳、阴角较远的特征(见图3，图4)。
图3 阳角段特征剖面位置图
图4 阴角段特征剖面位置图
将各剖面沿高度方向各排土钉及土钉沿长度方向各段的受力分别进行分析(见图5，图6)(图中1段～4段为该步土钉自面板向外各均分段，1步～6步为该剖面自上而下各步土钉)。
图5 阳角段剖面土钉各段受力分布图
图6 阴角段剖面土钉各段受力分布图
根据图5，图6分析结果可见，土钉受力受空间分布特征影响明显，分布高度、土钉长度、平面分布等均对土钉的受力大小造成影响。
4 结论及建议
通过北京某基坑工程实施及数值模拟结果，得出以下结论及建议:1)土钉受力在其分布特征上具有明显的空间效应，土钉分布的高度、长度、平面位置等均对土钉的受力大小造成影响;2)土钉沿长度方向上受力呈明显的梭形分布，即端部较小，中部较大;3)沿基坑高度方向分布的各排土钉受力在边坡高度1/3～2/3位置最大，两端较小;4)靠近阳角剖面，各排土钉受力较其他剖面略大，边坡高度1/3～2/3位置的土钉受阳角影响较为明显;5)阴角、远离阳角等剖面土钉受力差别较小，受基坑尺寸等条件的影响，空间效应特征不明显。
［1］王步云.土钉墙设计［J］.岩土工程技术，1997(4)：30-41.
［2］JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程［S］.
［3］吴志敏.土钉支护结构的空间效应研究［D］.杭州：浙江大学，2006.
［4］杨育文.土钉墙空间效应和平滑破坏模式的三维分析［J］.岩土力学，2004，25(S2)：227-230.
