基坑圍護(hù)樁水平位移的影響分析

秦早立夫

摘要：在管廊建設(shè)過(guò)程中，基坑圍護(hù)樁的形式是對(duì)整個(gè)管廊基坑穩(wěn)定對(duì)關(guān)鍵的一個(gè)因素，圍護(hù)樁的水平位移效果是受到圍護(hù)樁的不同參數(shù)設(shè)定的影響。發(fā)現(xiàn)尋找不同影響因素的規(guī)律可為現(xiàn)場(chǎng)提供更加經(jīng)濟(jì)的支護(hù)形式。

關(guān)鍵詞：圍護(hù)樁;水平位移;基坑穩(wěn)定

Abstract： During the construction of the pipe corridor， the form of the foundation pit enclosure pile is a key factor for the stability of the entire pipe gallery foundation pit. The horizontal displacement effect of the enclosure pile is affected by the different parameter settings of the enclosure pile. It is found that the law of finding different influencing factors can provide a more economical form of support for the site.

Key words： enclosure pile;horizontal displacement;foundation pit stability

1? 圍護(hù)樁樁徑尺寸大小的影響分析

圍護(hù)樁的樁徑是管廊施工過(guò)程中的重要因素，對(duì)于整個(gè)基坑的穩(wěn)定和安全都起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，樁徑的改變也會(huì)影響工程成本的增加的問(wèn)題，如，施工成本、工期還有帶來(lái)的施工難度這幾個(gè)重要因素。在改變樁徑都對(duì)基坑有和影響是石本段的分析點(diǎn)。在原樁徑0.8m的基礎(chǔ)上，分析在不同樁徑的樁體變化和對(duì)周邊環(huán)境的影響規(guī)律。

在模擬計(jì)算過(guò)程我們假設(shè)圍護(hù)樁的材料屬性與具體施工工序過(guò)程不改變的情況下，只是單一的去調(diào)整圍護(hù)樁的樁徑大小，若樁徑越大，導(dǎo)致圍護(hù)樁抵抗因施工影響的彈性變形的能力提高。則管廊圍護(hù)樁抵抗因基坑開挖而發(fā)生的彈性變形只與圍護(hù)樁樁徑的大小尺寸有關(guān)。為此分別設(shè)置0.4m、0.6m、0.8m、1.0m、1.2m五種不同的樁徑尺寸來(lái)模擬對(duì)比，模擬過(guò)程采用地下連續(xù)墻來(lái)模擬圍護(hù)樁。如圖1所示，為樁徑直徑尺寸分別為0.4m、0.6m、8m、1.0m、1.2m五中不同樁徑在管廊基坑開挖過(guò)程的水平位移的對(duì)比圖。

根據(jù)圖反應(yīng)出不同樁徑情況下，各個(gè)不同樁徑的圍護(hù)樁的變化趨勢(shì)相同。都是在樁頂與樁底的變形量最小，樁的腹部部位的變形量最大。樁頂部的變形量的主要原因是第一內(nèi)內(nèi)支撐設(shè)在地表下1m處的位置，可以有效的一直樁頂部位置的變形;樁底的水平位移是由于樁體嵌入的土體，底部的水平變形被制約了。

比對(duì)可看出在圍護(hù)樁樁徑取值為0.4m時(shí)，樁體最大的水平位移量約為-25mm。0.4m的樁徑變化趨勢(shì)與其他樁徑的變化趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比可看出，隨著基坑圍護(hù)樁的樁徑不斷增大，圍護(hù)樁整體的水平位移量隨著圍護(hù)樁樁徑的增大水平位移量逐漸減小。這樣的變化趨勢(shì)反映出了圍護(hù)樁的樁徑尺寸對(duì)圍護(hù)樁整體抵抗彈性變形的能力有一定的影響。當(dāng)圍護(hù)樁的樁徑尺寸調(diào)整至1.2m時(shí)，圍護(hù)樁整體的最大水平位移從從25mm下降至了13mm。1.2m樁徑下的圍護(hù)樁的水平位移量與樁徑為0.4m的對(duì)比，從兩者的位移數(shù)值可以看出，最大水平位移減少了近一半。樁徑為1m的情況下最大水平位移約為-15mm，與0.8m的樁徑的最大水平位移對(duì)比，樁體最大水平位移減少了14%。與此同時(shí)，從對(duì)比不同樁徑下的變化趨勢(shì)可以看出。圍護(hù)樁頂部的水平變化量與圍護(hù)樁整體的變化狀態(tài)不同，隨著圍護(hù)樁樁徑的不斷提高，圍護(hù)樁的頂部的位移量也在增加，但增加量也在安全范圍指標(biāo)內(nèi)。分析可得知：管廊基坑設(shè)置的第一道內(nèi)支撐在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮了作用，它將單個(gè)的圍護(hù)樁聯(lián)合成為了一個(gè)連續(xù)的地下墻的形式，大大提高了圍護(hù)樁整體的抗變形能力。隨著樁徑的增加也改變了樁的體積大小，從而直接導(dǎo)致了圍護(hù)樁整體的抗彎、抗剪強(qiáng)度，圍護(hù)樁整體的受力與變形也發(fā)生了變化。本節(jié)選取最小樁徑0.8m和最大樁徑1.2m兩個(gè)條件下管廊基坑開挖過(guò)程的彎矩變化來(lái)進(jìn)行分析。

如圖2所示，在基坑開挖完成后，直徑尺寸為0.8m圍護(hù)樁的最大負(fù)彎矩明顯大于直徑尺寸為1.2m的圍護(hù)樁的最大負(fù)彎矩。說(shuō)明了隨著樁徑尺寸的增加，加大了樁后的主動(dòng)土壓力對(duì)樁體上半部分的影響。兩個(gè)特殊尺寸的對(duì)比可以看出，隨之樁直徑尺寸的提高，是的樁體在開挖過(guò)程的中引起的最大水平位移的位置逐漸的向圍護(hù)樁上分移動(dòng)。

2? 樁間距的影響分析

土體的拱受力狀態(tài)與圍護(hù)樁的間距取值有一定的關(guān)系，同時(shí)樁間距的取值對(duì)管廊基坑的穩(wěn)定性也有很大的影響，并且樁間距取值也會(huì)影響施工工藝從而影響工程成本。因此本節(jié)將樁間距設(shè)為變量參數(shù)作為研究對(duì)象。模擬不同樁間距取值，研究管廊基坑支護(hù)過(guò)程中樁間距變化對(duì)周邊環(huán)境以及圍護(hù)樁整體的水平位移的影響規(guī)律。

同樣假定圍護(hù)樁的材料屬性與施工工藝不改變的情況下，單一改變圍護(hù)樁樁距的大小。則圍護(hù)樁整體的抵抗彈性變形能力就只與樁之間的間距大小有關(guān)聯(lián)。分別設(shè)置0.9m、1.2m、1.5m、1.8m、2.1m五中不同情況的支護(hù)樁樁距，對(duì)不同樁間距的不同情況進(jìn)行數(shù)值模擬，分析不同條件下對(duì)管廊基坑以及對(duì)管廊基坑外側(cè)的建筑物的變形影響規(guī)律。本節(jié)依舊采用的是地下連續(xù)墻模擬樁，不同的樁間距等效的連續(xù)墻的厚度如表1所示。

如圖3為圍護(hù)樁分別在間距為0.9m、1.2m、1.5m、1.8m、2.1m時(shí)在基坑開挖過(guò)程中的的水平變形對(duì)比圖。從水平位移圖反映出的水平變化規(guī)律可以得出，不同樁間距條件下圍護(hù)樁整體的水平位移趨勢(shì)相同，但不同間距的水平變化量差異明顯。

從不同的樁間距的在管廊基坑開挖過(guò)程的變化規(guī)律可以得出，圍護(hù)樁自上而下的水平位移趨勢(shì)是向基坑內(nèi)側(cè)方向增加，在開挖的基坑的底部（地表下7～8m）處的水平位移量都達(dá)到了最大值，自此處開始圍護(hù)樁的水平位移開始收斂到圍護(hù)樁最末端水平位移量收斂至2.5mm左右。根據(jù)五中情況下的變化曲線對(duì)比，不同樁間距條件下的變化趨勢(shì)幾乎一致，并且從0.9～2.1m的樁間范圍的水平位移量來(lái)看，樁頂?shù)乃搅坎町惲吭?mm內(nèi)，圍護(hù)樁整體的最大水平位移量差異為6mm。根據(jù)分析可知，樁間距的變化后影響圍護(hù)樁整體的水平變形的作用小，根據(jù)這個(gè)這點(diǎn)，可在保證工程安全的情況將圍護(hù)樁樁距的調(diào)整座位較少工程成本的主要方案。于此在樁間距不斷增大的同時(shí)，圍護(hù)樁腹部部分的水平位移也在逐漸增大。但圍護(hù)樁樁頂?shù)奈灰魄闆r卻是相反的，導(dǎo)致這種結(jié)果的原因是因?yàn)閲o(hù)樁整體的剛度變化從而導(dǎo)致了樁體所受到的主動(dòng)土壓力的狀態(tài)發(fā)生了改變。

3? 樁身長(zhǎng)的影響分析

管廊基坑在開挖過(guò)程中會(huì)引起土體發(fā)生屈服，導(dǎo)致管廊基坑內(nèi)部發(fā)生整體的滑動(dòng)趨勢(shì)。增加圍護(hù)樁樁長(zhǎng)可以提高樁的嵌固深度，提高圍護(hù)樁整體的錨固效果，從而來(lái)抑制管廊基坑在開挖過(guò)程中的整體變形。其原因是嵌固的樁體利用利用屈服土體與靜止區(qū)域作用下產(chǎn)生的剪應(yīng)力來(lái)抑制土體的滑動(dòng)，并將土壓力轉(zhuǎn)移至穩(wěn)定的土層中。樁體的埋深不僅對(duì)整個(gè)基坑的安全性重要作用，但隨著樁體的埋深深度的增加，還會(huì)增加現(xiàn)場(chǎng)的施工難度、影響施工成本。因此，在確保管廊基坑整體安全的基礎(chǔ)上，管廊支護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度的的選取尤為重要。本節(jié)分析改變樁長(zhǎng)后基坑的穩(wěn)定影響，研究改變圍護(hù)樁樁長(zhǎng)所帶來(lái)的變化規(guī)律，綜合選取圍護(hù)樁樁長(zhǎng)，樁長(zhǎng)選取15m、20m、25m、30m四種工況進(jìn)行分析。如圖4從不同樁長(zhǎng)的水平位移量對(duì)比可以看出，隨著樁長(zhǎng)的增加。圍護(hù)樁的水平位移量在逐漸下降。當(dāng)開挖深度不變的情況下，15m樁長(zhǎng)的水平位移最大，樁長(zhǎng)20m為分水嶺，可看出樁體的最大水平位移量呈逐漸減小的趨勢(shì)。從圍護(hù)樁樁長(zhǎng)15m增長(zhǎng)到20m這一過(guò)程，圍護(hù)樁樁頂與圍護(hù)樁整體的水平位移量都有明顯的減少，但25m的樁長(zhǎng)的位移量與20m樁長(zhǎng)相對(duì)比只減少了了1～2mm的水平位移量，25m與30m的樁長(zhǎng)兩者之間的變化趨勢(shì)大致是重合的，說(shuō)明隨著樁身逐漸加長(zhǎng)，整體上對(duì)樁體的影響逐漸減小。

4? 基坑內(nèi)支撐位置的影響分析

在基坑開挖過(guò)程中根據(jù)上述各種樁參數(shù)分析中可看出，在基坑開挖過(guò)程中圍護(hù)樁的最大的水平位移都發(fā)生在7～8m處。第一道內(nèi)支撐是穩(wěn)定樁基上部的水平位移，從上述的各參數(shù)分析來(lái)看，圍護(hù)樁上部的水平位移受到第一道內(nèi)支撐的作用下整體的水平位移穩(wěn)定。內(nèi)支撐位置的合理設(shè)置，可以有效的提高圍護(hù)樁的穩(wěn)定安全，并且可以節(jié)約施工過(guò)程的經(jīng)濟(jì)成本。由此本節(jié)重點(diǎn)分析二道內(nèi)支撐分別設(shè)置在地表下3.5m、4m、6m三個(gè)不同位置對(duì)圍護(hù)樁的水平位移的影響。在圍護(hù)樁材料參數(shù)不改變的情況下，第二道內(nèi)支撐的位置是影響圍護(hù)樁水平位移的主要影響因素。如圖5可以看出3.5m、4m、6m三個(gè)不同位置設(shè)置第二道支撐后，圍護(hù)樁的變化趨勢(shì)大致相同。由于樁頂?shù)谝坏纼?nèi)支撐的作用下，樁頂?shù)乃轿灰屏枯^小，樁底因?yàn)閲o(hù)樁嵌入的土體的原因水平位移穩(wěn)定，圍護(hù)樁最大的水平位移都發(fā)生在圍護(hù)樁中部，內(nèi)支撐設(shè)置的位置越接近坑底，圍護(hù)樁的最大水平位移逐步減少。從最大的32mm的水平下降到23mm，下降了33%的水平位移量。因此第二道內(nèi)支撐設(shè)定的位置，可以有效的控制圍護(hù)樁的水平位移量，并且可直觀的減少工程成本的一個(gè)措施。

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