雙排樁支護體系受力分析及優化

胡均升 徐繼忠

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雙排樁支護體系受力分析及優化

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場監測數據,采用理正深基坑軟件進行理論計算分析，對雙排樁圍護結構的變形機理、土壓力分布規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、保證基坑的穩定性是基坑工程設計和施工的核心。[1]雙排樁支護結構作為一種新型、有效的基坑支護形式被廣泛應用于工程實踐中。所謂雙排樁支護結構是指沿基坑側壁前后平行設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，形成一個整體結構體系，因而具有較大的側向剛度。該體系利用前后兩排樁對土壓力分布的有效分擔，使支護結構的入土深度、樁身的內力分布更為合理，能有效的減小基坑的側向變形，其圍護深度遠比一般支護結構的圍護深度要深[2]，同時由于結構前、后排樁與側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、可不設支撐、對環境影響小等眾多優勢，因此，雙排樁支護結構形式受到眾多專家、學者的關注[4]。

本文結合成都地區某深基坑開挖過程中基坑變形監測數據和理正軟件理論計算，將理論計算結果與監測數據進行對比分析，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。為基坑工程的設計和施工提供有效的理論依據，得到了雙排樁支護結構設計及施工的一些有益結論，為工程設計提供參考。

2工程概況

本文依托成都市建設路“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路南側鄰“高地中心”，開挖線距紅線3.8m，西側為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見表2.1。

層號土類名稱層厚重度浮重度粘聚力內摩擦角 (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測結果對比

考慮到本基坑所在場地西側臨樓房較近，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，設一排預應力錨索，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，持續定期監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,較實際監測結果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構可以較好地應用于實際工程中，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構受力研究

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構深[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，支護結構水平位移曲線類似于單排樁懸臂支護結構情況。

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；雙排樁排距應根據基坑最終開挖深度及土層條件確定，根據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，使雙排樁支護結構發揮最好的效果。

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。

由模型計算結果可知：在一定范圍內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 結語

本文通過對比理論計算和現場監測結果，兩者吻合較好，所以可運用數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構的各類參數，分析對該結構受力及變形的影響，得到結論如下：

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向變形，但會增加施工造價。另外還可以考慮根據具體情況在工程設計中選用前、后排樁不同的樁徑，使前后排樁能夠均衡地發揮作用。

2）在一定范圍內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，支護結構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，雙排樁排距應根據基坑最終開挖深度及土層條件確定，根據理論分析本工程的排距為3D時，樁和土體能夠共同作用，使雙排樁支護結構發揮更好的效果。

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構中的抵抗土壓力的作用。考慮到經濟效益，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構的影響因素分析［J］．森林工程,2012,第28卷第6期,70-78.

[2]姚晶.雙排樁支護結構在某基坑工程中的應用.城市勘察，172-175.

[3]程知言,裘慰倫,張可能,等.雙排樁支護結構設計計算方法探討[J].地質與勘探,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方向

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1007-6344（2017）03-0371-02