雙排樁支護體系受力分析及優(yōu)化

胡均升 徐繼忠

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雙排樁支護體系受力分析及優(yōu)化

胡均升 徐繼忠

（成都四海巖土工程有限公司）

本文依托成都市某深基坑現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),采用理正深基坑軟件進行理論計算分析，對雙排樁圍護結(jié)構(gòu)的變形機理、土壓力分布規(guī)律等進行探討和研究。驗證了理論計算的合理性，并分析了雙排樁樁徑、排距、后排樁樁長和樁間土加固深度對雙排樁支護的影響。

雙排樁；受力；基坑工程

1 引言

控制基坑變形、保證基坑的穩(wěn)定性是基坑工程設(shè)計和施工的核心。[1]雙排樁支護結(jié)構(gòu)作為一種新型、有效的基坑支護形式被廣泛應(yīng)用于工程實踐中。所謂雙排樁支護結(jié)構(gòu)是指沿基坑側(cè)壁前后平行設(shè)置兩排鋼筋混凝土樁，呈矩形或梅花形布置，在樁頂用剛度很大的冠梁將兩排樁頂連接起來，形成一個整體結(jié)構(gòu)體系，因而具有較大的側(cè)向剛度。該體系利用前后兩排樁對土壓力分布的有效分擔，使支護結(jié)構(gòu)的入土深度、樁身的內(nèi)力分布更為合理，能有效的減小基坑的側(cè)向變形，其圍護深度遠比一般支護結(jié)構(gòu)的圍護深度要深[2]，同時由于結(jié)構(gòu)前、后排樁與側(cè)壓力反向作用力偶的存在使樁頂位移也明顯減小[3]。且施工簡便、造價低、施工工期短、可不設(shè)支撐、對環(huán)境影響小等眾多優(yōu)勢，因此，雙排樁支護結(jié)構(gòu)形式受到眾多專家、學者的關(guān)注[4]。

本文結(jié)合成都地區(qū)某深基坑開挖過程中基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)和理正軟件理論計算，將理論計算結(jié)果與監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，驗證理論計算方法正確性的前提下，分析了多種因素對雙排樁支護的影響。為基坑工程的設(shè)計和施工提供有效的理論依據(jù)，得到了雙排樁支護結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工的一些有益結(jié)論，為工程設(shè)計提供參考。

2工程概況

本文依托成都市建設(shè)路“萬科鉆石廣場”項目基坑，本工程基坑開挖深度13.5m，主樓部份基坑開挖深度15m，基坑周長約502.5m。

該場地位于成都市建設(shè)路南側(cè)鄰“高地中心”，開挖線距紅線3.8m，西側(cè)為3層和12層建筑，距3層建筑23m，距3層建筑13.8m，該面基坑開挖線距紅線7.8m，基坑周邊各類管線較多。

該基坑安全等級為一級．主要土層物理力學參數(shù)見表2.1。

層號土類名稱層厚重度浮重度粘聚力內(nèi)摩擦角 (m)(kN/m3)(kN/m3)(kPa)(度) 1雜填土1.4017.0---5.0012.00 2素填土1.1018.0---18.0015.00 3粘性土3.8019.5---35.0020.00 4粉土1.1019.8---18.0015.00 5卵石4.4023.0---10.0038.00 6卵石0.4022.0---5.0036.00 7卵石10.0023.013.010.0038.00

3雙排樁理論計算與監(jiān)測結(jié)果對比

考慮到本基坑所在場地西側(cè)臨樓房較近，基坑周邊電力管線、給水管和雨水管眾多，基坑變形對周邊影響較大。為控制基坑變形上雙保險，基坑3-3剖面：AB段，基坑開挖深度13.50m，采用雙排樁+預應(yīng)力錨索支護，樁徑1.2m，樁間距及排間距均為2.5m，樁長19.5m，嵌固段長6.0m，設(shè)一排預應(yīng)力錨索，長度14.0m。為了分析雙排樁的支護效果，在基坑周圍每隔30m布置一個變形檢測點。隨著基坑土方的開挖，持續(xù)定期監(jiān)測基坑位移變化情況。

本文利用理正深基坑軟件進行理論計算分析。為了使理論分析更加接近現(xiàn)場土方開挖情況，本模型分三次開挖分別計算不同開挖階段的基坑的變形情況。以下圖3.1為工況3時的樁身的位移、彎矩、剪力圖；樁身位移曲線計算結(jié)果顯示:前排樁最大位移為17.09mm，后排樁最大位移為16.87mm,較實際監(jiān)測結(jié)果15.3mm偏大。

圖3.1 樁身的位移、彎矩、剪力圖

這說明雙排樁支護結(jié)構(gòu)可以較好地應(yīng)用于實際工程中，但從變形曲線來看仍有一定差別,原因可能是為了方便建模計算采用了一些假定，但在實際情況卻更為復雜，且施工過程中為了保證安全采取了更強的保護措施。

4 雙排樁變形機理和結(jié)構(gòu)受力研究

雙排樁能有效地控制基坑變形，支護深度比單排樁懸臂式支護結(jié)構(gòu)深[5]。但是目前還有一些問題需要深入研究；雙排樁的排距、樁徑、樁長和樁間土剛度對支護穩(wěn)定性的影響問題。本文就從樁徑、后排樁樁長、排距、樁間土加固深度等不同因素對雙排樁受力影響進行研究。

4.1樁徑對雙排樁受力影響

本文選取雙排樁樁徑依次為0.6m、0.8m、1.0m、1.2m、1.4m時的計算模型，雙排樁樁頂位移依次為67.31mm、37.82mm、27.52mm、22.34mm、20.05mm，而樁底位移變化不大，上述位移值均包括模型在自重作用下的初始位移值，下文中的計算位移值亦是。

從理論計算結(jié)果可知，樁徑越大，樁頂位移越小，但樁徑在超過1.0m后，雙排樁樁頂位移變化不大，從經(jīng)濟合理性的角度考慮樁徑不易過大。

4.2排距對雙排樁受力影響

在分析不同排距下雙排樁的受力變形機理,分別計算樁徑為1.0m,前、后排樁間距為1.25、2、2.5、3、4倍樁徑的理論模型,計算得出的前后樁位移變形如下圖4.2.1所示。可知,雙排樁整體側(cè)向位移較小,控制變形能力強。雙排樁間距較小時,整體性明顯；樁間距大時,錨拉性明顯。

圖4.2.1樁頂水平位移與樁距關(guān)系

1、排距為1.25D時，前排樁水平位移最大，約為40mm，比排距為2D時明顯偏大，支護結(jié)構(gòu)水平位移曲線類似于單排樁懸臂支護結(jié)構(gòu)情況。

2、前排樁的水平位移隨著排距的增加而逐漸減小，但減小的幅度越來越小，趨勢越來越不明顯。

當排距過大時，后排樁主要起拉錨樁的作用；雙排樁排距應(yīng)根據(jù)基坑最終開挖深度及土層條件確定，根據(jù)理論分析本工程的排距為3D左右時，樁和土體能夠共同作用，使雙排樁支護結(jié)構(gòu)發(fā)揮最好的效果。

4.3后排樁樁長大小對雙排樁受力影響

研究后排樁樁長對雙排樁受力的影響，本文建立以下模型：保持前排樁樁長保持在19.5m，前后樁的排距為3D，后排樁樁長依次為15m、17m、19m、21m、23m時，樁頂位移依次為35.5mm、33.1mm、31.2mm、31mm、30.5mm。

由模型計算結(jié)果可知：在一定范圍內(nèi)適當減小后排樁的長度，對樁頂位移的影響并不明顯,可以更好地發(fā)揮后排樁支檔拉接的作用，使得前后樁身的受力更加的合理，對基坑的防護有益，同時能使工程更具經(jīng)濟性。

4.4樁間土加固深度對雙排樁受力影響

在基坑工程中，常采用加固樁間土體的方法，以達到改善雙排樁支護體系的變形及受力的目的，較常用的方法有水泥攪拌法、高壓旋噴等。本文通過提高樁間土的壓縮模量ES以模擬加固樁間土體，下圖4.4.1為加固土體深度分別為0m、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m時的前排樁的位移曲線。

圖4.4.1前排樁位移與樁間土加固深度關(guān)系

由圖4.4.1可知，樁間土加固對控制樁身變形的作用效果顯著：

（1）樁間土加固使得前、后排樁變形量減小達15%左右。

（2）加固深度方面，前后排樁側(cè)向位移隨著加固深度的增加減小，但超過3m后，位移變化不是很顯著。

由此可見，加固被動區(qū)土體能有效地改善樁體的受力狀況，減小樁身位移，但加固深度過大，樁頂位移減小趨勢并不明顯，對于本工程而言加固深度3m時最為合適。

5 結(jié)語

本文通過對比理論計算和現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，兩者吻合較好，所以可運用數(shù)值模擬的方法對雙排樁的支護效果進行研究。通過改變雙排樁支護結(jié)構(gòu)的各類參數(shù)，分析對該結(jié)構(gòu)受力及變形的影響，得到結(jié)論如下：

1）增大樁徑，對減小樁頂位移的作用是有限的，雖然在一定程度上能減小樁身側(cè)向變形，但會增加施工造價。另外還可以考慮根據(jù)具體情況在工程設(shè)計中選用前、后排樁不同的樁徑，使前后排樁能夠均衡地發(fā)揮作用。

2）在一定范圍內(nèi)適當減小后排樁的長度，對樁頂位移的影響并不明顯,可以更好地發(fā)揮后排樁支檔拉接的作用，使得前后樁身的受力更加的合理，對基坑的防護有益。

3）雙排樁排距過小時，支護結(jié)構(gòu)類似于懸臂式單排樁的特性，而排距過大時，后排樁對前排樁類似于拉錨樁特性。本文認為，雙排樁排距應(yīng)根據(jù)基坑最終開挖深度及土層條件確定，根據(jù)理論分析本工程的排距為3D時，樁和土體能夠共同作用，使雙排樁支護結(jié)構(gòu)發(fā)揮更好的效果。

4）通過加固樁間土，增強了對前、后排樁的連接作用，加強了后排樁在門式剛架結(jié)構(gòu)中的抵抗土壓力的作用?？紤]到經(jīng)濟效益，本工程實例加固深度的合理范圍在3m左右。

[1]龐建國,楊明,馬昌龍.深基坑中雙排樁支護結(jié)構(gòu)的影響因素分析［J］．森林工程,2012,第28卷第6期,70-78.

[2]姚晶.雙排樁支護結(jié)構(gòu)在某基坑工程中的應(yīng)用.城市勘察，172-175.

[3]程知言,裘慰倫,張可能,等.雙排樁支護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法探討[J].地質(zhì)與勘探,2001(2):88-93.

[4]顧亮.深基坑雙排樁支護體系承載機理研究沈陽建筑大學學報(自然科學版).108-114.

[5]韋巍.深基坑雙排樁的支護效果和數(shù)值模擬研究.四川建筑.第35卷6期2015.12,109-111.

胡均升，1982年10月，男，湖北省黃岡市，工程師，碩士，研究方向：巖土工程與地基基礎(chǔ)方向

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