排樁基坑支護(hù)安全系數(shù)及抗隆起穩(wěn)定性研究

楊瑞雪　占世源　仇楠

摘 要：以某建筑基坑為對(duì)象，排樁的截面形式、樁徑和樁距為因素，研究了不同因素變化對(duì)排樁基坑支護(hù)安全系數(shù)及抗隆起穩(wěn)定性的影響。通過(guò)分析作用規(guī)律和機(jī)理，建立了基坑支護(hù)安全系數(shù)及抗隆起穩(wěn)定性系數(shù)分別與排樁的截面形式、樁徑和樁距的關(guān)系曲線模型。

關(guān)鍵詞：排樁；基坑支護(hù)；安全系數(shù)；抗隆起

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.098

0 前言

基坑工程是從地面向地下開(kāi)挖一個(gè)空間，它的四周一般是擋土墻結(jié)構(gòu)，常采用混凝土、鋼、木等材料進(jìn)行支撐，其的特點(diǎn)臨時(shí)性、區(qū)域性及風(fēng)險(xiǎn)性。基坑工程是根據(jù)各地區(qū)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)及施工、開(kāi)挖方式等不同的條件所設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的學(xué)科綜合性。在較深基坑中，常常需要給支護(hù)結(jié)構(gòu)加設(shè)支撐或者預(yù)應(yīng)力錨索等支撐結(jié)構(gòu)，以抵抗過(guò)大的土壓力[1]，而根據(jù)我國(guó)深基坑平面設(shè)計(jì)理念和現(xiàn)狀，單排樁的單層支護(hù)結(jié)構(gòu)多數(shù)用于9.0m以內(nèi)基坑 [2]。隨著城市化進(jìn)程的加快，城市建設(shè)規(guī)模的不斷增加，在丘壑、丘陵或受到場(chǎng)地空間限制等特殊條件下，懸臂式排樁支護(hù)與樁錨、重力式擋墻結(jié)構(gòu)相比，具有施工噪聲小，造價(jià)低，位移控制較為嚴(yán)格等優(yōu)點(diǎn)，可以用在安全性較低，場(chǎng)地受限的永久性邊坡工程中[3]。同時(shí)國(guó)內(nèi)外眾多專家學(xué)者也對(duì)排樁支護(hù)的機(jī)理進(jìn)行了深入研究認(rèn)為數(shù)值模擬方法的發(fā)展為深基坑中排樁支護(hù)提供了新的研究方法和思路，對(duì)基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)具有較大的指導(dǎo)意義。內(nèi)撐式單排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計(jì)算目前主要采用兩種方法， 一是常規(guī)設(shè)計(jì)方法如等值梁法， 另一是彈性抗力法[4]。目前的研究多是基于對(duì)排樁結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形或計(jì)算方法的研究，數(shù)值分析也是基于結(jié)構(gòu)變形的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。因此，本文利用北京“理正”深基坑支護(hù)計(jì)算軟件，通過(guò)數(shù)值模擬排樁截面形式、樁徑和樁距變化，從而得出排樁基坑支護(hù)安全系數(shù)及抗隆起穩(wěn)定性系數(shù)的變化規(guī)律，期待為排樁支護(hù)研究及基坑工程建設(shè)提供可靠依據(jù)。

1 工程概況和支護(hù)方案

1.1 工程概況

模擬基坑工程挖深9m，基坑支護(hù)范圍約300m×200m，地下水位降深約為12m，地下水靜止水位埋深為3.5～5m，相應(yīng)標(biāo)高為30～36m，水位隨季節(jié)性變化較大，變化幅度為1m左右。土層結(jié)構(gòu)分布為雜填土層（1m）、粘性土（2.5m）和粉砂層，其重度分別為20.1、20.0、19.3kN/m3。

1.2 支護(hù)方案

根據(jù)基坑情況，選取排樁進(jìn)行數(shù)值模擬分析。該處基坑挖深約12m，設(shè)置等間距的排樁和兩道預(yù)應(yīng)力錨拉桿進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。以樁徑、樁距和樁的截面形式為因素，在“理正”軟件模擬試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)研究該因素對(duì)基坑支護(hù)安全系數(shù)及抗隆起穩(wěn)定性的作用效應(yīng)。S1～S2組截面形式分別為圓形、方形，考查樁的截面形式對(duì)基坑支護(hù)安全系數(shù)及抗隆起穩(wěn)定性的影響規(guī)律。樁徑為D，設(shè)0.6、0.7、0.8等3個(gè)水平，樁距L設(shè)1.4、1.3、1.2等3個(gè)水平，對(duì)比分析各因素變化對(duì)基坑支護(hù)安全系數(shù)及抗隆起穩(wěn)定性的影響。支護(hù)單元設(shè)計(jì)圖和模擬試驗(yàn)方案分別如圖1及表1所示。

2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果與分析

基坑支護(hù)安全系數(shù)與排樁的截面形式、排樁的樁徑和樁距的關(guān)系曲線示于表2及圖2～圖3中。根據(jù)表2可見(jiàn)，排樁為方形截面形式時(shí)，開(kāi)挖和加撐時(shí)的安全系數(shù)略大于圓形截面形式，可說(shuō)明其穩(wěn)定性較好。由圖2～圖3可以看出：在排樁截面形式和樁距一定時(shí)，在最開(kāi)始的三個(gè)工況中，安全系數(shù)基本保持不變，而在后兩個(gè)工況中安全系數(shù)均隨樁徑的增加先不變后減小；在排樁截面形式和樁徑一定時(shí)，除工況1以外的其他工況的安全系數(shù)隨樁距的增加呈先不變后增大的變化趨勢(shì)。

這是由于：在一定條件下，由于排樁間距較小時(shí)沒(méi)有形成土拱，隨樁距的加大，排樁的樁頂側(cè)移加大，樁身內(nèi)力也增加[1]，從而使得開(kāi)挖工況的安全系數(shù)增大。但是在樁徑與截面形式和其他條件相同的情況下，隨著樁徑的增大，樁支護(hù)系統(tǒng)整體性明顯增強(qiáng)，使得樁支護(hù)受力情況逐漸向擋土墻受力情況發(fā)展[1]。但是排樁半徑越大，越不利于樁間土成拱，也就越不利于充分發(fā)揮土的抗剪強(qiáng)度，從而減弱了開(kāi)挖工況時(shí)的安全系數(shù)。

3 結(jié)論

通過(guò)以上數(shù)據(jù)模擬分析，得出如下結(jié)論：

排樁基坑支護(hù)安全系數(shù)隨排樁的截面形式而變化，隨樁徑的增加呈先不變后減小，隨樁距的變化趨勢(shì)為先不變后增大。

參考文獻(xiàn)：

[1]涂銳.深基坑單排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)變形模擬研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2012.

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[3]余志成，施文華.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[M]，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[4]趙文永，俞堯良，顏安平.基坑內(nèi)撐式單排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 浙江建筑，2001（06）：26-27.

[5]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程：JGJ120—2012[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012：9-10.

作者簡(jiǎn)介：楊瑞雪（1994-），女，回族，寧夏同心人，碩士研究生，研究方向：巖土工程。