雙排樁加錨桿支護結構性狀分析

王萍萍 王麗彬 賈立舟

由于高層建筑的發展,對基坑支護的安全和有效提出了更嚴峻的考驗,但同時也推動了深基坑支護的日益進步。雙排樁支護形式是近來發展的一種新型支護形式。這種支護形式相對于懸臂式單排樁具有側向剛度大、能有效限制側向變形;整體穩定性好、節省支撐、便于挖土和縮短施工工期等優點。

在實際工程中,由于某些基坑對側向變形要求非常嚴格,僅僅使用雙排樁支護就達不到對變形的要求。為了滿足變形要求提出了雙排樁加錨桿的支護結構。本文計算了兩種支護方案下位移、土壓力、內力,對雙排樁加錨桿的支護方案進行了分析。

1 雙排樁支護結構的計算模型

1.1 常見模型

考慮雙排樁前后樁的土壓力分布情況,樁頂端連梁的鉸接和底端的嵌固情況,樁間土對前后排樁的作用,后排樁對滑裂面的影響等情況提出了多種計算模型。這些模型主要分三類:基于經典土壓力理論確定的模型;基于Winkle假定的計算模型;基于有限元分析的計算模型。其中經典土壓力理論模型張泓等提出的修正系數法、何頤華提出的體積比例系數法、黃強提出的樁間土剛塑性分析法、熊巨華提出的等效抗彎剛度法。Winkle假定的計算模型有劉釗提出的彈性地基梁法。

1.2 本文所用計算軟件采用的計算方法

雙排樁土壓力計算模型如圖1所示,考慮樁間土對土壓力的傳遞作用,一般情況下前排樁與后排樁土壓力是不同的。前樁上土壓力按開挖面確定;后樁的土壓力按等效開挖面確定。

1.2.1 樁的等效開挖面深度

1)L0＞L。

其中,H1為后排樁的等效開挖面深度,m;H為基坑的開挖深度,m;L為前后排樁的排距,m;L0為滑動面延伸至地表處到基坑邊緣的水平距離,m。

其中,φ為土層的內摩擦角。

等效開挖深度取零,即H1=0。

1.2.2 前、后排樁土壓力計算

雙排樁計算時按前后排樁各自的等效開挖面計算各自土壓力的數值ea,再分別乘以前樁、后樁的分擔系數,得到作用在前、后樁上的土壓力。按雙排樁的布置形式分為以下兩種:

1)前后排矩形排列。

前排樁:PA=α ea。

后排樁:PB=(1-α)ea。

2)前后排矩形排列。

前排樁:PA=(1+α)ea。

后排樁:PB=(1-α)ea。

1.2.3 樁的內力計算

嵌固式雙排樁結構的內力和位移可按極限平衡法及彈性平衡m法計算。

2 工程概況

某場地擬建23層住宅樓,27層商務辦公樓,地下3層。基坑北側緊鄰1層磚砌平房,平房北側是原有兩棟4層廠房、一棟5層廠房。北側地下車庫入口距圍墻約2.17 m。基坑東側為三棟磚混住宅樓。東側地下室車庫出口距基礎外邊緣僅5.23 m。西南兩側臨路。基坑開挖深度為15 m,基坑開挖范圍為70m×66m,地下水位6m。

3 分析討論

利用上述工程實例設計兩套支護方案:方案一采用雙排樁支護;方案二采用雙排樁加錨桿復合支護。雙排樁樁長24 m、嵌固深度 9 m、樁排距2.8 m、樁間距 1.2 m。方案二加4道錨桿水平間距為1.2 m;豎向間距分別為3.5 m,3 m,3 m,3 m。通過計算結果對兩種方案進行對比得出結果。

3.1 位移情況

基坑開挖13 m時,前后排樁位移圖見圖2,圖3。加入錨桿后后排樁的最大位移發生在樁端,前排樁最大位移在開挖面。相對于單獨使用雙排樁支護加錨桿后前后排樁位移明顯減少。

3.2 土壓力情況

基坑開挖 13 m時,前后排樁土壓力圖見圖 4,圖5。由于土層參數和開挖深度不變,兩種方案的主動土壓力不發生變化。受位移減少的影響被動土壓力在數值上減少了。

3.3 樁身彎矩情況

基坑開挖13 m時,前后排樁彎矩圖見圖6,圖7。隨著開挖深度的增加,錨桿對雙排樁內力的影響越來越大。彎矩圖的走向沒有變化,但加錨桿前后排樁正負彎矩的最大值減少了。

3.4 地表沉降

由圖8可以整體的看出雙排樁—錨桿復合支護的優越性。

4 結語

1)加錨桿后前后排樁的內力和位移都發生了明顯的變化。樁頂位移減少了近3倍。這種新的支護形式可以更有效的控制側向變形。對基坑變形有嚴格要求的深基坑或重要工程,支護效果會更加好。2)加錨桿后由于樁身受力變小,土壓力發生了變化,土壓力的峰值相對減小了。3)錨桿和后排樁共同起到了對前排樁和土體的錨拉作用。由于錨桿的加入分擔了后排樁的工作,相應的增加了后排樁的安全儲備。4)由于雙排樁—錨桿是一種新型的支護結構,對錨桿和雙排樁共同受力的機理還不明確。今后的工作中應加強對受力機理的理論和試驗研究,以便在今后的工作中這種支護形式更好的發揮作用。

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