雙排樁計算方法對比探討

賈愷

（廣州市建筑科學(xué)研究院新技術(shù)開發(fā)中心有限公司）

雙排樁計算方法對比探討

賈愷

（廣州市建筑科學(xué)研究院新技術(shù)開發(fā)中心有限公司）

在基坑支護工程中，由于場地、工期和政策等的限制，雙排樁越來越多的應(yīng)用于實際工程，但是雙排樁的變形機理和受力狀態(tài)在目前并不是十分清晰，本文將目前工程應(yīng)用中常用到的兩種雙排樁設(shè)計計算方法進行比較，并采用實際工程案例的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行相互驗證，為類似的工程設(shè)計提供參考。

雙排樁；設(shè)計應(yīng)用

1　引言

經(jīng)過多年的發(fā)展，深基坑支護出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)形式，每種支護形式都有其特點也有其局限性及適用的范圍，如地下連續(xù)墻支護形式適用于較差的地質(zhì)條件和復(fù)雜的周圍環(huán)境，但其造價成本價高且施工周期較長；內(nèi)支撐支護形式對現(xiàn)場的限制較多，對基坑內(nèi)部施工及基坑土體開挖都有不利影響且造價高；懸臂式支護結(jié)構(gòu)往往會有較大的樁頂水平位移，為此可以控制樁身及樁頂位移的錨索被大量使用，但是上海、武漢和佛山等地區(qū)已經(jīng)做出了相應(yīng)的規(guī)定，嚴(yán)格限制錨桿的使用。

在這種形勢下，雙排樁作為一種新型支護結(jié)構(gòu)形式被越來越多的應(yīng)用于工程實踐。雙排樁是一種類似于門式剛架的空間結(jié)構(gòu)，它的組成部分主要有：前排樁、后排樁以及連接前后排樁樁頂?shù)睦?。雙排樁無內(nèi)撐的形式使得施工的操作空間得到了最大化，無錨桿的形式使其能夠在復(fù)雜的周圍環(huán)境下（例如周圍近距離處存在地鐵、地下室等情況）使用。

目前在工程界常用的雙排樁計算方法主要有兩種：何頤華[1]法和規(guī)范法[2]（基于鄭剛[3]法的改進方法）。

2　計算模型

何頤華法是基于平面剛架的理論，在室內(nèi)模型試驗和北京某工程數(shù)據(jù)的支撐下提出的，計算模型如圖1所示。

圖1　何頤華法計算模型示意圖

在基坑開挖以后，后排樁受到的主動土壓力為σa，前后排樁之間的土層對前后排樁作用等大反向的壓力Δσ，由此可知：

前排樁受力為：Δσ

后排樁受力為：σa-Δσ

在確定前后排樁受力時，作者近似的采用了按照滑體體積比例作為前后排樁主動土壓力的分配比例，若記α=Δσ/σa，則：

前排樁受力為：ασa

后排樁受力為：（1-α）σa

該方法假設(shè)冠梁與前后排樁的連接為完全剛性的，在連接的角點處不發(fā)生轉(zhuǎn)動，在冠梁作用下，前后排樁頂端只發(fā)生水平位移而無轉(zhuǎn)角，且兩者由于冠梁作用位移相等。

同時基于該理論，作者考慮了前后排樁不同布樁形式下的計算方式。

鄭剛法針對何頤華法中前后樁土壓力的人工分配和樁底假定為固定鉸支座的問題提出了解決方案，作者將樁間土看做豎向薄壓縮層，用土彈簧對其進行模擬，計算簡圖如圖2所示。

圖2　鄭剛法計算模型示意圖

樁間土彈簧剛度（k）依據(jù)樁間土水平向的壓縮模量（Es）和土層厚度（H）來確定：

k=Es/H

該方法雖然解決了樁間土的壓縮變形問題，但是沒有考慮其在變形前樁間土對前后樁的土壓力問題，基于此，規(guī)范法對其進行了修正。

規(guī)范法在鄭剛法的基礎(chǔ)上，將后排樁后的主動土壓力由上三角形下矩形改為了按照朗肯土壓力進行計算，使得樁后土壓力更符合實際情況，并按照何頤華法的體積比例系數(shù)法對樁間土的初始壓力進行分配。

3　應(yīng)用中的問題及分析

在《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）實施之前，相當(dāng)一部分的工程設(shè)計人員都按照何頤華法進行雙排樁設(shè)計，并且積累了一定的經(jīng)驗，在2012行業(yè)規(guī)范實施之后，設(shè)計過程中經(jīng)過對比，發(fā)現(xiàn)規(guī)范法和何頤華法并不十分一致，以前積累的經(jīng)驗不能很好的應(yīng)用于新的算法中，以廣州某實際工程為例進行對比計算分析，表1中所示為其對應(yīng)的地質(zhì)情況。

表1　廣州某工程地質(zhì)資料（算例1）

在表1所示地質(zhì)情況下，開挖基坑9.1m，雙排樁樁徑均為1.2m，樁距前排為1.4m，后排為2.8m，排距3.0m，嵌固深度為12.90m，不考慮冠梁剛度。

采用何頤華法可以直接得到計算結(jié)果，但是規(guī)范算法目前僅給出了前后排樁等間距的情況，因此分別對樁距1.4m和2.8m進行求解，得到的結(jié)果和規(guī)范法的計算結(jié)果對比見表2。其中表中的規(guī)范法（均值）各樁的彎矩取值為間距1.4m得到的前排樁彎矩與間距2.8m得到的前排樁彎矩一半的大值，間距1.4m得到的后排樁彎矩2倍與間距2.8m得到的后排樁彎矩的大值。

表2　兩種計算方法對比

從表2的計算結(jié)果可以看到，根據(jù)何頤華的方法計算得到的結(jié)果位移在50mm以內(nèi)，而根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的方法計算得到的結(jié)果位移在64mm以上，103mm以下，通過試算可知，隨著樁距的增加，位移的增加速度是逐漸放緩的，即按照上述形式布樁，得到的規(guī)范計算位移應(yīng)該是小于（64+103）/2=83.5mm的。根據(jù)現(xiàn)場實際的監(jiān)測的情況（圖3），在基坑開挖到坑底以后，位移逐漸發(fā)展至73mm左右，且增長速度放緩，改值與何頤華法的43mm相去甚遠(yuǎn)，與83.5mm的均值卻頗為接近。

圖3　

從上述計算和工程監(jiān)測對比中可以看到，在計算前后排樁不等間距的工況時，采用規(guī)范所述方法進行前后樁大小兩種等間距計算得到的結(jié)果比采用何頤華法得到的結(jié)果更接近實際。

4　結(jié)論

在工程實踐中，但遇到前后排樁樁距不同的情況是，采用何頤華法計算位移需慎重，可采用現(xiàn)行規(guī)范的方法計算大小兩種等間距樁距的情況然后根據(jù)平均值來確定位移，通過均分彎矩后比較取大值的方法來確定彎矩，從而進行配筋設(shè)計。

[1]何頤華，楊斌，金寶森，等.雙排護坡樁試驗與計算的研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，1996（02）：58～66.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）[S].中國建筑出版社，2012.

[3]鄭剛，李欣，劉暢，等.考慮樁土相互作用的雙排樁分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2004（01）：99～106.

TU473

A

1673-0038（2015）29-0050-02

2015-5-10

賈愷（1985-），男，中級工程師，研究生，主要從事巖土工程設(shè)計工作。