基坑開挖下傾斜長(zhǎng)短組合樁的受力變形特性

王際凱　石鈺鋒　劉偉煌　詹剛毅　蔣亞龍　徐長(zhǎng)節(jié)

摘 要：傾斜長(zhǎng)短組合樁兼具變形控制能力良好和造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。目前，對(duì)傾斜長(zhǎng)短組合樁的研究較少，尚缺乏對(duì)其工作機(jī)理的認(rèn)識(shí)。利用模型試驗(yàn)結(jié)合數(shù)值模擬的方法，研究開挖過(guò)程中傾斜長(zhǎng)短樁在不同傾角和樁長(zhǎng)組合下的變形受力特性，繼而探討其工作機(jī)理。結(jié)果表明：對(duì)于傾斜長(zhǎng)短組合樁而言，其支護(hù)效果與傾角成正比，與排樁的樁長(zhǎng)成反比，且傾角的影響最大，樁長(zhǎng)次之;在總樁長(zhǎng)一定且短樁滿足一定嵌入深度時(shí)，傾角存在一個(gè)臨界值，當(dāng)傾角小于臨界值時(shí)，最佳樁長(zhǎng)分配受傾角大小的影響，而當(dāng)傾角大于臨界值時(shí)，斜樁越長(zhǎng)，支護(hù)效果越好。

關(guān)鍵詞：基坑開挖;傾斜長(zhǎng)短組合樁;土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)位移;樁身彎矩

中圖分類號(hào)：TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-6717（2022）04-0035-10

Mechanical and deformation characteristics of inclined long short composite pile under foundation pit excavation

WANG Jikai1， SHI Yufeng1， LIU Weihuang1， ZHAN Gangyi2， JIANG Yalong1， XU Changjie1，3

（1. Jiangxi Key Laboratory of Infrastructure Safety Control in Geotechnical Engineering， East China Jiaotong University， Nanchang 330013， P. R. China; 2. China Railway Shanghai Design Institute Group Co.， Ltd.， Shanghai 200070， P. R. China;3. Research Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering Zhejiang Unirersity， Hangzhou 310058， P. R. China）

Abstract： The inclined long short composite pile has the advantages of good deformation control ability and low cost. Currently， there are limited studies on this aspect and understanding of its working mechanism is still lacking. In view of this， through the model test and numerical method， the deformation and mechanical characteristics of long and short inclined piles under different inclination and pile length combinations during excavation are studied， and then the working mechanism is discussed. The results show that： For inclined long short composite piles， the supporting effect is directly proportional to the inclination angle and inversely proportional to the pile length of row piles， and the influence of inclination angle is the greatest， followed by the pile length; When the total pile length is fixed and the short pile meets a certain embedded depth， the inclination angle has a critical value. When the inclination angle is less than the critical value， the optimal pile length distribution is affected by the inclination angle. When the inclination angle is greater than the critical value， the longer the inclined pile， the better the supporting effect.

Keywords：foundation pit excavation; inclined long short composite pile; displacement of soil and supporting structure; pile bending moment

基坑工程的排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般采用直樁，而將直樁傾斜一定的角度，則為傾斜樁。在相同條件下，傾斜樁能夠減小排樁的變形與內(nèi)力，進(jìn)而無(wú)需水平支撐[1-2]。近年來(lái)，陸續(xù)有學(xué)者對(duì)傾斜樁在基坑工程中的應(yīng)用展開了研究。

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方面，孔德森等[3]通過(guò)模型試驗(yàn)的方法對(duì)傾斜懸臂樁的樁頂水平位移、樁后土體沉降和樁身彎矩進(jìn)行了研究，從而探討其受力特性。劉濤[4]將傾斜樁拓展使用至基坑支護(hù)工程，通過(guò)開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和有限元數(shù)值模擬分析，著重研究了傾斜支護(hù)樁在基坑中的作用機(jī)理。Han等[5]根據(jù)基礎(chǔ)板的垂直應(yīng)力和傾斜角度，探討了傾斜基礎(chǔ)板對(duì)埋入式樁端承載力和樁底土性的影響。Goit等[6]在1g條件下進(jìn)行了模型物理縮尺試驗(yàn)，獲得了埋置在干砂中的傾斜單樁的豎向響應(yīng)。孔德森等[7]根據(jù)基坑支護(hù)傾斜懸臂樁模型試驗(yàn)，對(duì)比分析了傾斜角度、布樁方式、樁頂約束方式、樁位置4種因素對(duì)基坑支護(hù)傾斜懸臂樁受力變形特性的影響。

在傾斜樁豎向承載特性研究方面，鄭剛等[8]提出了基坑斜直交替支護(hù)樁的3個(gè)工作機(jī)理效應(yīng)，即剛架效應(yīng)、斜撐效應(yīng)和重力效應(yīng)。孔德森等[9]為了研究動(dòng)力荷載作用下傾斜樁的動(dòng)力p-y曲線規(guī)律，采用數(shù)值模擬的方法構(gòu)建了液化場(chǎng)地傾斜樁土數(shù)值分析模型。Misir等[10]采用室內(nèi)模型試驗(yàn)和數(shù)值分析相結(jié)合的方法，研究了水平荷載作用下均質(zhì)/層狀砂土中垂直/傾斜放置情況下短樁的抗拔性能。刁鈺等[11]將主動(dòng)控制技術(shù)與斜直交替傾斜樁支護(hù)技術(shù)相結(jié)合，提出了一種新型的可以有效控制基坑變形的主動(dòng)式無(wú)支撐支護(hù)技術(shù)。王耀鵬[12]通過(guò)模型試驗(yàn)研究了豎向荷載作用下無(wú)樁周土側(cè)向位移和有樁周土側(cè)向位移的3種傾斜率下樁的豎向承載變形性狀。

在傾斜樁水平向承載特性研究方面，Wang等[13]建立了Timoshenko梁Pasternak地基（T-P）模型，以估算水平荷載作用下傾斜樁的水平動(dòng)力阻抗和相互作用系數(shù)。周越洲等[14]結(jié)合珠海市某工程項(xiàng)目，利用有限元程序模擬了土方開挖過(guò)程中樁側(cè)不平衡土壓力對(duì)樁受力和變形的影響。Zhou等[15]借助數(shù)值模擬技術(shù)，研究了斜交PCP樁基礎(chǔ)的變形特性，提出了斜向樁的加固方案。

上述對(duì)于傾斜樁的研究多以等長(zhǎng)樁為研究對(duì)象，但由彈性地基梁法可知，基坑開挖面以下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到被動(dòng)土體的反向作用力，樁體下部承受較小彎矩，因此，可以通過(guò)減小部分樁長(zhǎng)，形成長(zhǎng)短樁，來(lái)實(shí)現(xiàn)降低造價(jià)的目的。基于此，筆者對(duì)傾斜長(zhǎng)短組合樁的工作性狀、支護(hù)能力進(jìn)行了研究探討。

1 傾斜長(zhǎng)短樁試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容

為探究基坑開挖下傾斜長(zhǎng)短組合樁的支護(hù)效果，通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)研究基坑開挖對(duì)冠梁側(cè)向位移、樁身內(nèi)力、土體沉降等方面的影響。已有研究表明，全斜樁支護(hù)能力弱于斜直交替樁型[11]，故試驗(yàn)設(shè)計(jì)為一長(zhǎng)一短組合（組合1～3）及對(duì)照組試驗(yàn)，具體見表1。

傾斜樁的傾斜方式以及采集裝置的布設(shè)見圖1。模型基坑分4次開挖，根據(jù)對(duì)稱原則，取一半基坑進(jìn)行模擬，故開挖范圍為1.74 m×0.74 m，模型樁以空心PVC管模擬，其外徑32 mm、壁厚2 mm、樁距為53.7 mm，冠梁規(guī)格為1.73 m×0.06 m×0.06 m（長(zhǎng)×寬×高），分為冠梁頂板及冠梁底板，其大小尺寸相同。

1.2 試驗(yàn)概況

模型箱主體框架為防銹鋼材，四面布置厚度10 mm的透明鋼化玻璃以便于觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，并承受水平土壓力以保證試驗(yàn)安全進(jìn)行，如圖2所示。

1.3 冠梁與模型樁

1.3.1 冠梁

根據(jù)試驗(yàn)需要，冠梁底板的預(yù)留樁孔設(shè)置0°、10°、20°的傾斜角度。底板預(yù)留樁孔直徑為32 mm、孔位中心間距為53.7 mm。冠梁頂板預(yù)留樁孔起到限制樁頂穿過(guò)冠梁以及便于導(dǎo)線穿過(guò)的作用，其直徑為15 mm。冠梁如圖3所示。

1.3.2 模型樁

因?yàn)榛娱_挖模擬試驗(yàn)中支擋結(jié)

構(gòu)所承受的土壓力較小，模型樁材料的彈性模量不宜太大，故參考文獻(xiàn)[3]，模型樁采用PVC（聚氯乙烯）管作為主體材料。樁體通過(guò)冠梁底板的預(yù)留樁孔來(lái)達(dá)到不同傾斜角度。此外，為了采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在選定的模型樁上的特定位置（管材內(nèi)壁）布設(shè)應(yīng)變片。

1.4 試驗(yàn)用砂

采用試驗(yàn)室內(nèi)儲(chǔ)量頗豐的河砂作為地基填筑材料。為了去除砂土中的雜物，保證土樣的均勻性，需要對(duì)河砂進(jìn)行篩分，本試驗(yàn)采用了5 mm篩對(duì)河沙進(jìn)行篩分，其主要物理力學(xué)參數(shù)見表2，顆粒級(jí)配曲線見圖4。

1.5 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)過(guò)程見圖5，具體如下：

1）模型樁采用預(yù)先埋入法成樁，即先將樁固定在模型槽中一定深度后，在直樁迎土面布置止砂帷幕，再用沙雨法填筑預(yù)定高度。

2）對(duì)基坑內(nèi)部的土體進(jìn)行分次開挖，并記錄相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3）試驗(yàn)結(jié)束后靜置24 h，觀察試驗(yàn)現(xiàn)象。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 冠梁側(cè)向位移

圖6給出了傾角為0°、10°、20°情況下的一長(zhǎng)一短組合樁與等長(zhǎng)長(zhǎng)樁的冠梁側(cè)向位移。

根據(jù)冠梁側(cè)向位移變化圖可知：

1）隨著基坑開挖深度的增加，冠梁側(cè)向位移增大。當(dāng)開挖至坑底時(shí)，除傾角為20°外，其余樁型的冠梁側(cè)向位移的增長(zhǎng)速率突然加快，被動(dòng)區(qū)土體產(chǎn)生了塑性變形，土體的約束變小，對(duì)變形的約束較小。

2）傾角為0°的長(zhǎng)短組合樁與等長(zhǎng)長(zhǎng)樁的冠梁側(cè)向位移曲線極為接近，且二者的差值隨著開挖深度的增加而增大。當(dāng)開挖至坑底時(shí)，等長(zhǎng)長(zhǎng)樁的冠梁側(cè)向?yàn)槲灰?.74 mm，而一長(zhǎng)一短組合樁傾角為0°、10°、20°時(shí)，冠梁側(cè)向位移分別為4.16、2.46、0.95 mm，相比等長(zhǎng)長(zhǎng)樁，其冠梁側(cè)向位移增長(zhǎng)率為11.2%、-34.2%、-74.6%。說(shuō)明在整個(gè)支護(hù)體系中，斜樁起到斜撐的作用，進(jìn)而影響整體支護(hù)作用，其中，傾斜的角度為傳遞此力的關(guān)鍵因素。

綜上可知，在長(zhǎng)短組合樁中，減小樁長(zhǎng)會(huì)增大冠梁側(cè)向位移，但變化的程度較小;增大長(zhǎng)樁傾角會(huì)減小冠梁側(cè)向位移，且變化的程度較大。

2.2 地表沉降

圖7給出了當(dāng)基坑開挖深度H=40 cm時(shí)，不同傾角下的一長(zhǎng)一短組合樁與等長(zhǎng)長(zhǎng)樁的地表沉降結(jié)果。

根據(jù)地表沉降結(jié)果，可知：

1）開挖至坑底時(shí)，等長(zhǎng)長(zhǎng)樁的最大地表沉降為8.21 mm，而傾角為0°時(shí)的地表沉降最大值為9.12 mm，增長(zhǎng)率為11.0%，與冠梁側(cè)向位移增長(zhǎng)率接近。由此可見，當(dāng)長(zhǎng)短組合樁傾角為0°時(shí)，減小其樁身長(zhǎng)度都會(huì)增大冠梁側(cè)向位移和最大地表沉降，且對(duì)二者的影響程度相當(dāng)。

2）對(duì)比等長(zhǎng)長(zhǎng)樁可知，當(dāng)傾角為10°、20°時(shí)，地表沉降最大值分別為6.22、2.67 mm，其地表沉降最大值增長(zhǎng)率為-24.4%、-67.5%。由此可知，長(zhǎng)樁傾角增大時(shí)，地表沉降減小幅度小于冠梁側(cè)向位移，但相差較小，效果同樣顯著。這是因?yàn)榛又ёo(hù)導(dǎo)致坑外土體沉降，基坑開挖導(dǎo)致坑底土體回彈，二者使支護(hù)樁兩側(cè)產(chǎn)生差值，導(dǎo)致樁頂水平位移增大，也因此使樁后土體產(chǎn)生沉降。

2.3 樁身彎矩

圖8給出了開挖至坑底時(shí)0°、10°、20°傾角下的一長(zhǎng)一短組合樁與等長(zhǎng)長(zhǎng)樁的樁身彎矩結(jié)果。圖8中彎矩分析只考慮大小，不考慮正負(fù)。

根據(jù)樁身彎矩變化規(guī)律可知：

1）由剛架效應(yīng)可知，冠梁將長(zhǎng)短支護(hù)樁連接成一個(gè)整體，形成一種“三角形剛架支護(hù)體系”，其中，排樁中的斜樁承受較大的土壓力，進(jìn)而分擔(dān)了直樁受到的作用力，使支護(hù)體系的抗傾覆性增強(qiáng)。

2）樁身上下彎矩符號(hào)相反，變化處為反彎點(diǎn)。在反彎點(diǎn)上部的樁身受壓，下部的受拉。其中，斜樁的負(fù)彎矩值大于直樁的負(fù)彎矩值，這是因?yàn)樵陂_挖過(guò)程中前排斜樁受到的被動(dòng)土壓力更大，類似于普通雙排樁結(jié)構(gòu)的前后排樁受力機(jī)理。

當(dāng)傾角為0°時(shí)，對(duì)于開挖面以上的樁身彎矩最大值而言，等長(zhǎng)長(zhǎng)樁最小，最大彎矩為1.14 N·m，長(zhǎng)短組合樁略大，其長(zhǎng)樁與短樁的最大彎矩分別為1.42、1.39 N·m，長(zhǎng)樁、短樁的彎矩增長(zhǎng)率分別為24.6%、21.9%。這主要是因?yàn)闃堕L(zhǎng)減小降低了嵌固長(zhǎng)度。

4）當(dāng)傾角為10°、20°時(shí)，斜樁在基坑開挖面以上的最大彎矩分別為1.29、1.22 N·m，基坑開挖面以下分別為1.20、0.94 N·m。與傾角為0°時(shí)的長(zhǎng)樁相比，在開挖面以上斜樁樁身最大彎矩分別減小9.2%、14.1%;開挖面以下則分別減小15.5%、33.8%。故由此可知，長(zhǎng)短組合樁中長(zhǎng)樁的彎矩隨傾角增大而減小，且在開挖面以下彎矩減小的趨勢(shì)顯著。

5）當(dāng)傾角為10°、20°時(shí)，其短樁在基坑開挖面以上的最大彎矩分別為1.33、1.27 N·m，基坑開挖面以下分別為0.82、0.66 N·m。與傾角為0°時(shí)的短樁相比，在開挖面以上短樁的樁身最大彎矩分別減小4.3%、8.6%;開挖面以下分別減小21.9%、37.1%。故由此可知，長(zhǎng)短組合樁中短樁的彎矩隨傾角增大而減小，且在開挖面以下彎矩減小的趨勢(shì)顯著。

6）當(dāng)傾角為10°、20°時(shí)，在基坑開挖面以上，斜樁的最大彎矩值稍小于直樁，而在基坑開挖以下，斜樁彎矩明顯大于直樁彎矩。可以看出，開挖面以上，斜樁分擔(dān)的彎矩略小于直樁;而開挖面以下，斜樁分擔(dān)的彎矩更多。

3 數(shù)值模擬研究

借助有限元分析方法，按照相似比還原試驗(yàn)原型并拓展研究，在長(zhǎng)樁、短樁的總樁長(zhǎng)一定的條件下合理分配長(zhǎng)樁、短樁的樁長(zhǎng)。長(zhǎng)樁、短樁總樁長(zhǎng)為31.2 m，其中，CD1-1和CD1-2的樁長(zhǎng)比值與試驗(yàn)對(duì)應(yīng)，具體設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)分配方式如表3所示。

3.1 模型建立

由于基坑具有對(duì)稱性，故取一半的基坑進(jìn)行模擬，同時(shí)模型試驗(yàn)結(jié)果表明，在長(zhǎng)樁傾角達(dá)到20°時(shí)，基坑的極限開挖深度有所增加。因此，模型在研究樁長(zhǎng)分配影響規(guī)律的同時(shí)，基坑將分7次開挖，以此來(lái)探究極限開挖深度。為減小邊界效應(yīng)，模型橫向、豎向分別取71.8、50 m;為對(duì)樁變形受力特性進(jìn)行精細(xì)化模擬，樁和冠梁采用梁?jiǎn)卧馏w采用實(shí)體單元，網(wǎng)格采用混合網(wǎng)格，且對(duì)樁與基坑周圍局部加密，模型共計(jì)23 175個(gè)單元，如圖9所示。

有限元軟件Midas-GTS可以通過(guò)設(shè)置施工工況對(duì)基坑施工的全過(guò)程進(jìn)行模擬，數(shù)值分析的工況如表4所示。

3.2 材料參數(shù)的確定

以南昌地區(qū)典型的上軟下硬地層為基礎(chǔ)，選用經(jīng)典模型本構(gòu)修正MC本構(gòu)，土層參數(shù)如表5所示，由于在地勘報(bào)告中，土體彈性模量E并未給出，故根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式E0=（2～5）Es進(jìn)行調(diào)整。在數(shù)值分析中不考慮地下水影響。支護(hù)樁、冠梁均采用C30混凝土。

3.3 有限元模擬結(jié)果分析

3.3.1 樁身深層水平位移分析

將不同樁長(zhǎng)分配下的樁身深層水平位移與開挖深度的變化關(guān)系繪制成圖10。

由圖10可知：

1）在同一開挖深度下，傾角越大，樁身深層水平位移最大值越小，說(shuō)明傾角增大可以有效控制樁身深層水平位移。此結(jié)論符合模型試驗(yàn)研究中傾角對(duì)冠梁側(cè)向位移和地表沉降的影響趨勢(shì)，故數(shù)值結(jié)果與模型試驗(yàn)可相互驗(yàn)證。

2）傾角為10°時(shí)，樁身深層水平位移曲線變化規(guī)律為從樁頂?shù)綐兜祝灰浦饾u減小，這是因?yàn)樾睒稑兜椎闹c(diǎn)力在水平方向的分量并不大，對(duì)限制樁頂水平位移的作用相對(duì)較小。

3）傾角為20°時(shí)，樁身深層水平位移曲線變化趨勢(shì)呈現(xiàn)“中間大，兩頭小”的規(guī)律，這是因?yàn)閮A角較大時(shí)，冠梁、直樁、斜樁組成的空間超靜定結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，斜樁可以看成斜撐，將樁頂牢牢固定住。

4）在模型試驗(yàn)和數(shù)值分析中，開挖至坑底時(shí)，傾角為20°時(shí)的冠梁側(cè)向位移與地表沉降值均未產(chǎn)生大幅度增長(zhǎng)，說(shuō)明被動(dòng)區(qū)土體并未發(fā)生塑性變形，故得出傾角增大可以提高基坑極限開挖深度的結(jié)論。

5）傾角不同，樁身深層水平位移曲線趨勢(shì)也并不相同，CD1-2組的樁頂側(cè)向位移在開挖深度為9.6 m時(shí)為負(fù)值，即向坑外移動(dòng)，且斜樁下部側(cè)向位移皆大于直樁。這是因?yàn)閮A斜越大，斜樁端部支點(diǎn)力水平分量越大，且斜樁下部越靠近基坑中部位置，受到坑內(nèi)土體卸荷回彈的作用更大。

為了便于對(duì)比不同傾角、不同樁長(zhǎng)分配方式的傾斜長(zhǎng)短組合樁樁身深層水平位移曲線變化規(guī)律，以開挖深度10.8 m為例，將不同樁長(zhǎng)分配下斜樁與直樁的樁身深層水平位移隨傾角的變化曲線分別繪制于圖11。

由圖11可知：

1）在開挖深度相同的條件下，當(dāng)傾角為10°時(shí)，不同樁長(zhǎng)分配下斜樁、直樁的樁身位移從大到小依次為SCD3-1>SCD1-1>SCD2-1;當(dāng)傾角為20°時(shí)，不同樁長(zhǎng)分配下斜樁、直樁的樁身位移從大到小依次為SCD3-2>SCD2-2>SCD1-2。

2）當(dāng)長(zhǎng)短組合樁總樁長(zhǎng)一定時(shí)，傾斜長(zhǎng)短組合樁在控制支護(hù)結(jié)構(gòu)位移方面是要明顯優(yōu)于等長(zhǎng)傾斜樁的。

3）當(dāng)長(zhǎng)短組合樁總樁長(zhǎng)一定時(shí)，樁長(zhǎng)分配對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)位移的影響與傾角有關(guān)。

3.3.2 土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)位移分析

各組在不同開挖深度下的支護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向位移變化情況如表6所示。

由表6可知：

1）同等條件下，傾角在0°～20°范圍內(nèi)，2種傾斜長(zhǎng)短組合樁支護(hù)效果各有強(qiáng)弱，當(dāng)傾角為10°時(shí)，在斜樁樁長(zhǎng)增加的過(guò)程中，支護(hù)效果先增強(qiáng)后減弱，而當(dāng)傾角為20°時(shí)，支護(hù)效果隨斜樁樁長(zhǎng)增加而增強(qiáng)。由以上可知，在總樁長(zhǎng)一定且短樁滿足一定嵌入深度時(shí)，傾角存在一個(gè)臨界值，當(dāng)傾角小于臨界值時(shí)，最佳樁長(zhǎng)分配受傾角大小的影響，而當(dāng)傾角大于臨界值時(shí)，斜樁越長(zhǎng)，支護(hù)效果越好。

2）對(duì)于傾斜長(zhǎng)短組合樁而言，極限開挖深度隨著傾角增大而明顯增加，而等長(zhǎng)傾斜樁的極限開挖深度受樁身嵌入深度的影響更大，傾角的增加更可能導(dǎo)致斜樁的嵌入深度不足。

3.3.3 樁身彎矩分析

圖12為不同開挖深度時(shí)的樁身彎矩。彎矩分析只考慮大小，不考慮正負(fù)。表7～表10分別為以上6組在不同開挖深度下的基坑開挖面上下斜樁與直樁的最大彎矩值。

根據(jù)樁身彎矩變化規(guī)律并由表7～表10可知：

1）在開挖面以上，隨著開挖深度的增加，斜樁、直樁的最大彎矩值增加;在開挖面以下，隨著開挖深度的增加，斜樁、直樁最大彎矩值先增加后減小，直至面向基坑開挖的一側(cè)樁身由受壓轉(zhuǎn)為全部受拉。

2）在傾斜長(zhǎng)短組合樁中，隨著傾角的增大，斜樁、直樁的最大彎矩值呈減小的趨勢(shì);且開挖面以下變化顯著。該結(jié)論與模型試驗(yàn)所得彎矩結(jié)論可相互驗(yàn)證。

3）在等長(zhǎng)傾斜樁中，隨著傾角的增大，斜樁、直樁的最大彎矩值呈減小的趨勢(shì);且開挖面以下變化顯著。

圖13為不同樁長(zhǎng)分配時(shí)的樁身彎矩。

由圖13可知：

1）在總樁長(zhǎng)一定的條件下，在開挖面以上，斜樁、直樁的樁身最大彎矩值基本相近;在開挖面以下，當(dāng)傾角為10°時(shí)，斜樁的樁身最大彎矩值從小到大依次為MCD3-1

2）當(dāng)傾角為20°時(shí)，斜樁的樁身最大彎矩值從小到大依次為MCD3-2

4 結(jié)論

基于室內(nèi)模型試驗(yàn)探究基坑開挖下傾斜長(zhǎng)短組合樁的支護(hù)效果，并通過(guò)數(shù)值手段研究總樁長(zhǎng)一定時(shí)，長(zhǎng)樁與短樁的樁長(zhǎng)比值變化對(duì)支護(hù)效果的影響。得到如下主要結(jié)論：

1）長(zhǎng)短組合樁的支護(hù)效果與樁的傾角和樁長(zhǎng)分配有關(guān)。

2）傾角增大，基坑抗傾覆性增強(qiáng)，極限開挖深度提高;在基坑開挖面以上，斜樁分擔(dān)彎矩總是小于直樁，而在開挖面以下，則反之。

3）在長(zhǎng)短組合樁中，隨著傾角的增大，斜樁、直樁的最大彎矩值和最大水平位移呈減小的趨勢(shì)，且主要體現(xiàn)在基坑開挖面以下。

4）由模型試驗(yàn)可知，減小部分樁長(zhǎng)會(huì)造成長(zhǎng)短組合樁支護(hù)效果的減弱，增大傾角會(huì)增強(qiáng)長(zhǎng)短組合樁支護(hù)效果，且后者的影響大于前者。

5）在總樁長(zhǎng)一定且短樁滿足一定嵌入深度時(shí)，傾角存在一個(gè)臨界值，當(dāng)傾角小于臨界值時(shí)，最佳樁長(zhǎng)分配受傾角大小的影響，而當(dāng)傾角大于臨界值時(shí)，斜樁越長(zhǎng)，支護(hù)效果越好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐江， 龔維明， 張琦， 等. 大口徑鋼管斜樁豎向承載特性數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J]. 巖土力學(xué)， 2017， 38（8）： 2434-2440， 2447.

XU J， GONG W M， ZHANG Q， et al. Numerical simulation and field test study on vertical bearing behavior of large diameter steel of inclined piles [J]. Rock and Soil Mechanics， 2017， 38（8）： 2434-2440， 2447. （in Chinese）

[2] CHEN Y D， DENG A， WANG A T， et al. Performance of screw-shaft pile in sand： Model test and DEM simulation [J]. Computers and Geotechnics， 2018， 104： 118-130.

[3] 孔德森， 張杰， 王士權(quán)， 等. 基坑支護(hù)傾斜懸臂樁受力變形特性試驗(yàn)研究[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)， 2020， 16（1）： 160-168.

KONG D S， ZHANG J， WANG S Q， et al. Experimental study on stress and deformation characteristics of cantilever inclined retaining pile for foundation pit support [J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering， 2020， 16（1）： 160-168. （in Chinese）

[4] 劉濤. 傾斜樁在基坑支護(hù)中的作用機(jī)理和簡(jiǎn)化計(jì)算方法[D]. 天津： 天津大學(xué)， 2018.

LIU T. The function mechanism and simplified calculation method of inclined pile in foundation pit support [D]. Tianjin： Tianjin University， 2018. （in Chinese）

[5] HAN K， SEO M J， HONG W T， et al. End-bearing capacity of embedded piles with inclined-base plate： Laboratory model tests [J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering， 2020， 146（8）： 04020063.

[6] GOIT C S， SAITOH M， IGARASHI T， et al. Inclined single piles under vertical loadings in cohesionless soil [J]. Acta Geotechnica， 2021， 16（4）： 1231-1245.

[7] 孔德森， 張杰， 王士權(quán)， 等. 傾斜懸臂支護(hù)樁受力變形特性模型試驗(yàn)[J]. 工業(yè)建筑， 2019， 49（3）： 117-121，70.

KONG D S， ZHANG J， WANG S Q， et al. Model test on bearing and deformation characteristics of inclined cantilever pile in deep excavation support [J]. Industrial Construction， 2019， 49（3）： 117-121，70. （in Chinese）

[8] 鄭剛， 何曉佩， 周海祚， 等. 基坑斜直交替支護(hù)樁工作機(jī)理分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)， 2019， 41（Sup1）： 97-100.

ZHENG G， HE X P， ZHOU H Z， et al. Working mechanism of inclined-vertical retaining piles in excavations [J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2019， 41（Sup1）： 97-100. （in Chinese）

[9] 孔德森， 李文勝， 常龍龍. 液化場(chǎng)地傾斜樁動(dòng)力p-y曲線研究[J]. 地震工程與工程振動(dòng)， 2019， 39（4）： 41-56.

KONG D S， LI W S， CHANG L L. Study on the dynamic p-y curves of inclined pile in liquefied ground [J]. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics， 2019， 39（4）： 41-56. （in Chinese）

[10] MISIR G， LAMAN M. Numerical analysis of laterally loaded battered rigid piles [J]. Teknik Dergi， 2019，30（5）：9507-9531

[11] 刁鈺， 蘇奕銘， 鄭剛. 主動(dòng)式斜直交替傾斜樁支護(hù)基坑數(shù)值研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)， 2019， 41（Sup1）： 161-164.

DIAO Y， SU Y M， ZHENG G. Numerical study on oblique-straight alternate piles for active support of excavations [J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2019， 41（Sup1）： 161-164. （in Chinese）

[12] 王耀鵬. 有樁周土側(cè)向位移的傾斜樁豎向承載性能研究[D]. 濟(jì)南： 山東建筑大學(xué)， 2017.

WANG Y P. Study on lateral displacement of the pile with soil pile vertical bearing capacity of the deflection of accident and reinforcement research [D]. Jinan： Shandong Jianzhu University， 2017. （in Chinese）

[13] WANG J， ZHOU D， JI T J， et al. Horizontal dynamic stiffness and interaction factors of inclined piles [J]. International Journal of Geomechanics， 2017， 17（9）： 04017075.

[14] 周越洲， 李重陽(yáng)， 李國(guó)清， 等.軟土地基傾斜樁豎向承載力研究[J/OL]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào).https：//doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2020.0349.

ZHOU Y Z， LI C Y，LI G Q， et al. Research on vertical bearing capacity of inclined pile in soft soil foundation [J/OL]. Journal of Building Structures， https：//doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2020.0349. （in Chinese）

[15] ZHOU D Q， FENG C X. Engineering characteristics and reinforcement program of inclined pre-stressed concrete pipe piles [J]. KSCE Journal of Civil Engineering， 2019， 23（9）： 3907-3923.

（編輯 胡玲）

收稿日期：2021-03-02

基金項(xiàng)目：江西省自然科學(xué)基金（20192BAB206043）;國(guó)家地區(qū)科學(xué)基金（51768020）

作者簡(jiǎn)介：王際凱（1996- ），男，主要從事基坑工程研究，E-mail：512797846@qq.com。

石鈺鋒（通信作者），男，博士（后），E-mail：270347713@qq.com。

Received：2021-03-02

Foundation items：Jiangxi Natural Science Foundation （No. 20192BAB206043）; National and Regional Science Foundation Project （No. 51768020）

Author brief：WANG Jikai （1996- ）， main reseatch interest： foundation pit engineering， E-mail： 512797846@qq.com.

SHI Yufeng （corresponding author），postdoctor， E-mail： 270347713@qq.com.