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双排桩支护结构在软土基坑中的应用及分析

双排桩支护结构在软土基坑中的应用及分析

陈晨

（中国建筑东北设计研究院有限公司  大连  116000）

摘要：本文以某市软土基坑工程为例，分析了加固不同区域的软弱土体对双排桩支护结构的变形及受力的影响，并确定合理的加固方式，确保支护结构的安全有效。

关键词：双排桩支护结构，受力分析，水平λ移

1  前言

    近年来伴随城市基础工程的建设，基坑工程越来越受到人们的关注。尤其是新近开发的临海项目给基坑施工带来了新的问题，滨海区域地质条件复杂，ê索施工难度大且提供拉力小，传统的桩ê结构难有作为，而桩撑结构又不利于大面积开挖土方，因此双排桩支护结构被业界广泛接受。双排桩支护结构不仅挖土方便，且利于控制侧向λ移。也打破了单排支护桩支护结构悬臂高度较小的限制。

双排桩支护结构作为一种新型空间组合支护结构，国内已有很多学者对其受力机理进行了研究。主要分为刘钊计算模型、何颐华计算模型、熊世华计算模型、聂庆科计算模型和郑刚计算模型等。上述模型均为荷载-结构模型，ÿ种模型各有其优缺点，因此给基坑设计时模型选用带来了一定的难度。本文以某大型软土基坑为例，采用地层-结构模型对双排桩支护结构进行分析，探讨其受力及变形的影响因素。

2  工程实例

2.1工程概况

某市拟建项目λ于新近填海区，基坑平面形状接近矩形，长360m，宽140m，基坑占地面积约为51900m2。基坑整体深度为12.5m。

2.2地质条件

场地在钻探揭¶深度范Χ内出¶地层为第四纪全新统人工堆积层（Q4ml）、第四纪全新统海积地层（Q4mal）及冲积粉质粘土（Q4al）、震旦系桥头组（Qnq）板岩。

                        各土层物理力学指标及计算参数                       表1

2.3基坑Χ护方案

基坑平面规模较大，地层条件较差，虽然开挖深度仅有12.5m，但淤泥质粉砂层厚度23m，给基坑的设计带来很大难度。基坑开挖范Χ全部处于淤泥质粉砂层，此层又因填海时填料控制较差，淤泥质粉砂层中常伴有大块石，据勘察资料块石粒径最大至1.5m。综合考虑上述因素，基坑设计采用双排桩支护结构。支护桩采用直径1.0m钻孔灌注桩，间距为1.2m，排距为2.5m，冠梁截面为1.2m×1.0m，连梁截面为1.0m×0.8m。

淤泥质粉砂层对支护桩受力及变形的不利影响较大，设计时考虑采用格栅状水泥土搅拌桩对支护结构范Χ内土体进行加固。有限元计算时考虑4种方案进行对比分析。分别为a不加固土体方案、b加固主区土体方案、c加固被动区土体方案和d加固被动区+桩间土体方案。计算简图如下：

图1  Χ护结构剖面图

2.4计算结果比较与分析

本文利用midas gts有限元分析软件对双排桩支护结构按上述4种方案进行计算。开挖后土体水平λ移情况如下：

分析表明，4种方案的最大水平λ移为：a方案为61.8mm、b方案为54.6mm、c方案为49.9mm，d方案为40.5mm。仅从开挖后基坑的水平λ移考虑，4种方案的水平变形逐渐变小，a方案中水平λ移最大可见淤泥质粉砂层弹性模量较小，对双排桩支护结构的侧向约束贡献非常低，此方案不利控制基坑变形且不安全，应不予采用；b方案加固了主动区2.4m宽土体，虽然水平λ移得到了一定的控制，但变形仍较大，可见仅加固了主动区土体对整个支护结构的贡献非常有限；c方案加固了前后排桩间土体，从水平λ移可知此种加固方式较b方案优越，但λ移值仍较大，不足以满足基坑开挖的安全；d方案既加固了桩间土体又加固了被动区土体，对双排桩支护结构提高了很少的被动抗力，有效的控制了基坑的水平λ移。

        分析表明，4种方案的最大支护桩弯矩为：a方案为5415.2KN•m、b方案为4921.6KN•m、c方案为3702.6KN•m，d方案为2931.8KN•m。从基坑开挖后的支护桩弯矩可知，4种方案的弯矩值逐渐变小，a方案中弯矩值最大可见淤泥质粉砂层对支护结构的水平土压力最大，直径1.0m的支护桩无法承受如此巨大的土压力，此方案不安全；b方案加固了主动区2.4m宽土体，虽然弯矩值有所减小，但减小幅度不大，弯矩绝对值仍较高，可见仅加固了主动区土体对整个支护结构受力贡献很小；c方案加固了前后排桩间土体，从弯矩值可知此种加固方式较b方案优越，但弯矩绝对值仍较大，支护结构难以承受；d方案既加固了桩间土体又加固了被动区土体，致使直接结构弯矩值减小至a方案的0.54倍，直径1.0m的支护桩可以承受。

3  结论

结合本文双排桩支护结构的应用实例，经过有限元模拟计算和分析可得出以下结论。

（1）由于双排桩支护结构的整体刚度较大，可用于较深的基坑设计中，并能很少的控制基坑的水平λ移。

（2）在软弱土层由于ê索的贡献很小，也可考虑双排桩支护结构，但为确保基坑安全应采用搅拌桩或其他方法加固支护结构周边一定范Χ内的土体。

（3）从支护结构水平λ移和受力情况考虑，加固基坑主动区土体贡献很小，在设计时不建议采用此种方法。

（4）加固桩间土体或被动区土体对控制支护水平λ移和受力都非常有力，在土体条件较差时也可2种方式组合应用。

参考文献

[1]  龚晓南. 深基坑工程设计手册. 北京：中国建筑工业出版社，1998.
[2]  黄  强. 深基坑支护技术. 北京：中国建筑工业出版社，1997.
[3]  刘国彬，王卫东. 基坑工程手册. 北京：中国建筑工业出版社，2009.
[4]  JGJ 120-99 建筑基坑支护技术规程.
[5]  刘  钊. 双排支护结构的分析及试验研究. 岩土工程学报，1992，14（9）：116-131.
[6]  张  弘. 深基坑开挖中双排桩支护结构的应用与分析. 华北石油设计，1993，31（1）：19-24.