基于深基坑施工的雙排樁設計參數(shù)分析

蘇志凱 李桂鵬

近年來，雙排樁結構成為深基坑工程中經常使用的空間組合類圍護結構，雙排鋼筋混凝土樁和頂部的剛性連系梁是其主要組成部分，沿基坑長度方向呈雙排布置。雙排樁結構能夠更有效分擔土壓力，同時令樁身內力的分布更加合理。文獻[1]結合汕頭軟土地區(qū)基坑工程實例，通過PLAXIS有限元分析軟件對雙排樁的內力及變形情況進行了分析，對單排樁和雙排樁工作性狀做了針對性的對比分析；文獻[2]通過排樁之間滑動土體與總滑動土體體積比的方法確定其所受土壓力的大??；文獻[3]通過樁土共同作用的方法確定開挖面以上雙排樁的土壓力及地基水平基床系數(shù)；文獻[4]探討了雙排樁圍護結構情況下的土壓力分布形態(tài)，認為土體滑動面的形態(tài)在雙排樁后排樁的影響下發(fā)生了改變，并提出了一種簡算思路。本文主要通過FLAC數(shù)值模擬的方法研究雙排樁在樁長、排距、樁徑、樁間距和基坑開挖深度因素影響下的樁身位移，以期為雙排樁在深基坑工程中的設計提供參考。

假定土層分布情況及計算參數(shù)如表1所示，排樁設計樁長均為20m，樁徑1m，樁間距1.5m，前、后排樁排距4.5m。

1.計算模型的建立

模型尺寸均采用40×40m，模型網(wǎng)格劃分為40×40，基坑頂部與既有場坪標高持平，由于樁頂標高為既有場坪標高以下0.8m，為簡化計算，將樁頂標高抬升0.8m，在計算過程中，樁長都相應增加0.8m?；娱_挖寬度15m，兩邊邊界施加水平約束，底部施加水平及豎向約束?；臃?步開挖，總開挖深度控制在8.82m左右，雙排鉆孔灌注樁和樁頂拉梁分別用pile和beam單元模擬，每根樁平均分為15段，拉梁分為3段。

2.樁長對位移影響分析

2.1前后排樁身位移分析

設計樁長均為20m，在相同條件下前、后排樁身位移的對比。在樁頂位置，前后排樁身的位移基本一致；在樁頂以下，前排樁位移略大于后排樁位移；樁身最大位移均發(fā)生在樁的中上部；前排樁身最大位移為7.49cm。

2.2雙排樁樁長分析

考慮樁長對樁身位移的影響，分別選取樁長20m、22m、24m和26m進行分析。樁長在20m至24m范圍內對樁身位移的影響不大，樁長為26m時，樁身位移明顯減小，最大位移減小1.21cm。

此時樁長對后排樁身位移的影響沒有明顯趨勢；樁長由20m變化至26m時，前排樁身的位移是明顯減小的，最大位移減小約1.5cm?？傮w來看，樁長對樁身位移的影響主要集中在樁的中上部。

3.雙排樁排距分析

初始設計排距均為4.5m；這里分別取排距3m、4.5m和6m進行分析。當排距由3m變化至6m的過程中，樁身位移呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢；但由4.5m至6m的變化量明顯小于由3m至4.5m的變化量，這說明排距對樁身位移的影響隨著排距的增加是逐漸減小的。另外樁身最大位移發(fā)生的位置隨著排距的增加逐漸下移，排距對樁身位移影響最大的點發(fā)生在樁頂，在排距由3m增至6m時，樁頂位移減小近一半，而對樁端位移影響很小，樁身最大位移減小1.55cm。

對雙排樁而言，每一排樁都分擔一定的土壓力，所以與單排樁相比，其能有效控制基坑變形和樁身彎矩，而排樁間距的變化會對土壓力的分布產生較大的影響。通常認為[1]排樁的水平位移會隨著排距的增大而減小，但逐漸趨于緩慢，并且前排樁的樁身彎矩增加較快，過大的排距將失去雙排樁的支護優(yōu)勢，只有合理的排距才能充分發(fā)揮其性能。

4.雙排樁樁徑分析

初始設計樁徑為1.0m，樁間距為1.5m，樁徑范圍選擇0.8m-1.4m進行分析。樁徑增大可以明顯減小樁身位移，其中對前排樁身位移的減小幅度略大一些，這也是因為前排樁位移略大于后排樁位移，但對樁頂和樁端的位移影響很小；前排樁身最大位移在樁徑由0.8m變化至1.4m時，減小了2.34cm。

5.雙排樁樁間距分析

初始設計樁間距為1.5m，這里分別選取1.0m、1.2m、1.5m和3.0m進行分析，前、后排樁樁間距同時變化。

隨著樁間距的增大，樁身位移也隨之增大，但對樁端的位移影響較?。粯堕g距由3m變化至1m時，樁身最大位移減小2.22cm。

雙排樁樁間距的確定目前還沒有統(tǒng)一的認識，經驗與理論相結合是主要的確定方法[5]。相關研究[6]發(fā)現(xiàn)樁間距的大小對樁間土拱效應的影響較大，隨著樁間距的減小土工效應的表現(xiàn)越明顯，當其值為3倍樁徑時，荷載的轉移比可達到30%。Wang等[7]通過土拱效應的研究提出了極限樁間距的存在，即樁間距一旦超過極限，將不存在土拱效應。關于合理樁間距的確定尚需結合工程實際加強理論研究。

6.基坑開挖深度分析

該基坑地下車庫開挖深度約為8.82m，這里為便于分析，假定其為8m，在其基礎上各增減2m，通過對比來研究一下開挖深度對樁身位移的影響。

由斷面的情況可以得出，開挖深度對樁身位移的影響非常明顯，并且開挖深度對樁的中上部影響較大，開挖深度由6m變化至10m時，樁頂位移增加了一倍多，樁端位移變化不大。相關研究認為，在開挖深度一定時，開挖區(qū)內的土層性質是影響樁身局部位移的主要因素，但對其整體變形的影響趨勢基本一致。并且由以上分析情況來看，樁身的最大位移均發(fā)生在樁的中上部。

7.結論

本次研究通過FLAC數(shù)值模擬計算，采用單因素試驗方法，對影響雙排樁支護結構的工作性狀的因素進行了詳細分析，得到了以下結論：

（1）由以上分析可知，隨著基坑開挖的進行，樁身出現(xiàn)向開挖方向的位移，樁底位移接近0，樁頂位移較?。ㄒ话愕膽冶凼浇Y構最大位移會發(fā)生在頂部，雙排樁頂部位移偏小的原因在于樁頂受到冠梁拉桿的約束作用），最大位移發(fā)生在樁的中上部，呈現(xiàn)出中間大兩端小的形態(tài)。并且由于前排樁分擔的土壓力較大，其位移普遍大于后排樁。

（2）樁長對雙排樁樁身位移的影響不表現(xiàn)出明顯的線形趨勢，前排樁長起主要作用，隨樁長呈減小趨勢。樁長對樁身位移的影響與土層性質密切相關。

（3）在合理范圍內隨著雙排樁排距的增加，樁身位移逐漸減?。浑S著樁徑的增加，樁身位移逐漸減?。浑S著樁間距的增加，樁身位移逐漸增大。

（4）開挖深度對樁身位移有明顯影響，表現(xiàn)為開挖越深，位移越大。

（5）由分析可得，樁徑對樁身位移的影響最為明顯，樁間距、樁排距次之，樁長的影響相對較低。

文章分析的雙排樁最大位移比實際工程的控制位移偏大，原因在于本章旨在分析設計參數(shù)對位移的影響規(guī)律，所以未考慮實際工程中止水帷幕和土體加固作用的影響。

【參考文獻】

[1]林鵬，王艷峰，范志雄，黃滌宇.雙排樁支護結構在軟土基坑工程中的應用分析[J].巖土工程學報，2010（32）：331-334.

[2]何顧華，楊斌.深基坑護坡樁土壓力的工程測試及研究[J].土木工程學報，1997，23（1）：16-24.

[3]劉釗.雙排支護結構分析及試驗研究[J].巖土工程學報，1992，14（5）：76-80.

[4]黃強.護坡樁空間受力簡化計算方法[J].建筑技術，1999（6）：43-45.

[5]文罕.北京地鐵回龍觀東大街站深基坑支護結構優(yōu)化設計研究[碩士學位論文].吉林：吉林大學，2009.

[6]Riehard，L.H.The arch in soil acrhing[J].Jounral of GeoetehnicalEngineering，1985，111（3）：302-318.

[7]wang，W.L.&Yen;，B.C.soil arching in slopes[J].Journal OfGeotechnical Engineering division，ASCE，1974，104（GT4）：493-496.