淺談深基坑雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法

【摘要】本文通過對(duì)深基坑雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，然后對(duì)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法展開充分細(xì)致的研究，希冀通過本文的研究能夠?qū)ο嚓P(guān)的工程提供一定的借鑒與幫助。

【關(guān)鍵詞】深基坑;雙排樁;計(jì)算方法

隨著城市人口密度的不斷增加和城市建設(shè)的不斷發(fā)展，合理開發(fā)利用地下空間是城市可持續(xù)發(fā)展的要求。中國(guó)主要城市的高層建筑和超高層建筑、地下商場(chǎng)、地下鐵道、地下倉庫、地下人防工程等都在大量的建設(shè)中，可能涉及到深基坑工程。深基坑工程的突出特點(diǎn)是其設(shè)計(jì)和施工不僅要保證其自身的技術(shù)合理性和安全性，而且要控制其施工對(duì)環(huán)境的影響。由于中國(guó)深基坑工程發(fā)展歷史較短，理論研究、設(shè)計(jì)方法、施工經(jīng)驗(yàn)、施工管理、監(jiān)測(cè)手段等方面還不夠完善。工程經(jīng)驗(yàn)不能滿足基坑深度、規(guī)模和難度快速發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)。近年來，中國(guó)出現(xiàn)了一些基坑工程事件，深基坑施工對(duì)環(huán)境造成了很大的影響。雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)是一種新型的支護(hù)結(jié)構(gòu)，由于其具有較大的側(cè)向剛度，能夠有效地防止支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，符合工程建筑加固的需要，逐漸成為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)先選擇。然而現(xiàn)在雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法還不成熟，計(jì)算模型都難以反映結(jié)構(gòu)實(shí)際受力特點(diǎn)，因此對(duì)此的研究具有重要意義。

1、深基坑雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1.1深基坑工程的大特點(diǎn)

基坑支護(hù)體系是一種安全儲(chǔ)備小、風(fēng)險(xiǎn)高的臨時(shí)性基坑支護(hù)體系。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用復(fù)雜基坑開挖深度越來越深，規(guī)模越來越大，造價(jià)越來越高。基坑工程具有較強(qiáng)的地域性和個(gè)性。基坑是一個(gè)系統(tǒng)工程，具有很強(qiáng)的綜合性。基坑工程具有很強(qiáng)的時(shí)空效應(yīng)。

1.2雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

雙排樁是一種新型的支護(hù)結(jié)構(gòu)。在排樁形式上，雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)將原來密集的單排樁中的部分樁向后移動(dòng)一定距離，從J山形成兩排平行的鋼筋混凝土樁，在樁頂用剛性連梁將排樁連接在一起，超靜定空間門式剛架結(jié)構(gòu)總是沿基坑的長(zhǎng)度力形成的。加固后樁間土可以起到比水的作用。根據(jù)樁的不同用途，一般可分為雙排圓形樁結(jié)構(gòu)和雙排板式結(jié)構(gòu)。

雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)有效地利用了各組合構(gòu)件良好的力學(xué)性能，比單排樁具有更大的側(cè)向剛度，與支護(hù)結(jié)構(gòu)相比能有效地防止樁的變形，并具有良好的力學(xué)性能，從而提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性自身和整體剛度。

2、雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

基坑是一個(gè)二維空間結(jié)構(gòu)體系，其支護(hù)體系的應(yīng)力分析和設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，不能滿足尺寸精度的分析計(jì)算，基坑工程的空間效應(yīng)、時(shí)效效應(yīng)和尺寸效應(yīng)不能得到充分的分析。此外，在基坑施工中，周圍環(huán)境會(huì)引起沉降、側(cè)向位置等，特別是在軟土地區(qū)，基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)理念從強(qiáng)度變化和變形的預(yù)防，強(qiáng)度控制的設(shè)計(jì)理念不能滿足深基坑工程設(shè)計(jì)的需要。中國(guó)的深基坑工程在20世紀(jì)80年代開始逐漸發(fā)展，隨著高層建筑的不斷涌現(xiàn)和相應(yīng)的基礎(chǔ)埋深的加深，基坑開挖的深度也隨之增加，因此對(duì)深基坑變形進(jìn)行了深入的研究。

3、雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法

3.1力的計(jì)算一種基于經(jīng)典土壓力的方法

雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)中，后承樁改變了土滑移裂縫的形式，土壓力'的分布與單承樁不同，如圖3.1所示。

根據(jù)極限平衡理論每延米前后排間土體的總重w為：

主動(dòng)土壓力Ea為：

主動(dòng)土壓分布強(qiáng)度為：

式中：γ為土的重度;b為前排樁與后排樁的距離;Z為計(jì)算點(diǎn)深度;η為滑動(dòng)破壞面與水平面夾角;為土的內(nèi)摩擦角。

3.2基于土拱理論的計(jì)算方法

以土拱理論為基礎(chǔ)，分析了樁間土對(duì)前后排樁的影響，以支護(hù)土為邊界，采用土拱理論計(jì)算了滑動(dòng)裂縫上方的應(yīng)力分析，采用土抗力法分析了滑動(dòng)裂縫下方的應(yīng)力分析。在這種計(jì)算方法中，雙排樁中的前從樁土壓力包括樁后土產(chǎn)生的直接土壓力和相鄰的從樁土產(chǎn)生的間接土壓力兩部分。同樣，管樁的土壓力可分為直接土壓力和間接土壓力。

式中：K。為朗肯土壓力理論的側(cè)壓力系數(shù);q。為地面超載;h為計(jì)算點(diǎn)到地表的距離;B為土拱拱角寬度;Kw為側(cè)土的側(cè)壓力系數(shù)。

該方法將雙排樁的截面視為結(jié)構(gòu)力學(xué)中的門式剛架，分為前后排樁的前排樁和連接梁兩部分。然后，根據(jù)前、后公務(wù)員樁的土壓力，分別建立了壓差，加上樁端集中剪力和集中彎矩為零的條件，利用變形預(yù)防與內(nèi)力的關(guān)系，共同求解樁頂?shù)膬?nèi)力和位移，進(jìn)而計(jì)算整個(gè)雙排樁結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力。該模型將樁間土壓力看作是側(cè)向被約束的無限長(zhǎng)土體，樁間土的側(cè)壓力可以根據(jù)平面問題的物理力一程建立：

式中：P一一樁間土側(cè)向土壓力;

γ一一樁間土的容重; ? ?以一一泊松比;

Z一一地表到土壓力計(jì)算點(diǎn)的距離。

至于基底以下樁體受水平向的土壓力，采用Winkler地基模型來計(jì)算：

式中：Px一一基底以下樁體受到的側(cè)向土壓力強(qiáng)度;

b一一樁的計(jì)算寬度;

Cy.一一樁間土的側(cè)向基床系數(shù)（常用“m”法）;

x一一樁身的側(cè)向位移。

3.3各種計(jì)算力的優(yōu)缺點(diǎn)一種方法

土壓力的經(jīng)典計(jì)算方法之一是假定雙排樁的土壓力等于某一種經(jīng)典土壓力或在經(jīng)典土壓力的基礎(chǔ)上乘以修正系數(shù)，計(jì)算雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力。該方法概念清晰，計(jì)算簡(jiǎn)單。然而，經(jīng)典的土壓力法和雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)是實(shí)用的，受力不盡相同，所以計(jì)算結(jié)果往往不準(zhǔn)確。

在土拱理論的基礎(chǔ)上，力的計(jì)算方法一引入“土拱效應(yīng)”理論，將土壓力分為土拱傳遞的直接土壓力和間接土壓力，與實(shí)際情況較為接近，但力一法沒有考慮前后樁間土對(duì)后樁的影響。

結(jié)論：

雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)作為一種新型的支護(hù)形式，具有較大的側(cè)向剛度}自j，能有效地防止結(jié)構(gòu)變形，且支護(hù)結(jié)構(gòu)的深度比一般支護(hù)結(jié)構(gòu)深，縮短了施工周期，具有良好的整體穩(wěn)定性，滿足工程實(shí)際需要，在基坑施工中取得了良好的效果。然而，深基坑雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式和機(jī)理比單排樁的形式復(fù)雜得多，因此找到一種更為合理的計(jì)算方法是非常重要的。介紹了一種常用的計(jì)算力的方法，有助于深基坑雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析計(jì)算。希望該成果能應(yīng)用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)。

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作者簡(jiǎn)介：

彭?xiàng)睿?986.09-），男，漢族，湖南株洲人，本科，工程師，主要工作方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。