雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型對(duì)比分析

蔡建華，仇 明，盧藝偉

（中國(guó)有色金屬長(zhǎng)沙勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410117）

1 工程概況及場(chǎng)地地質(zhì)條件

1.1 工程概況

某基坑支護(hù)工程，基坑頂周邊為已建的市政道路和小區(qū)，場(chǎng)地原始地貌單元為內(nèi)河階地，場(chǎng)地較平整，交通較方便，基坑頂高程為32.5m，基坑底高程約23.8m，基坑高約8.7m，長(zhǎng)度約385m，基坑的安全等級(jí)為一級(jí)。該基坑支護(hù)為臨時(shí)性支護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)使用年限不應(yīng)超過(guò)2年?；?xùn)|側(cè)距東二環(huán)15m，南側(cè)基坑頂距某小區(qū)多層住宅樓約11.5m。住宅樓采用管樁基礎(chǔ)，西側(cè)基坑頂距晚報(bào)西街約3.0m，北側(cè)基坑頂距火炬西路約5.5m，基坑周邊埋設(shè)有各類管網(wǎng)，如給水、電力、燃?xì)夂蛙娪玫取?/p>

1.2 場(chǎng)地地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告描述，場(chǎng)地內(nèi)地層自上而下可以分為雜填土、粉質(zhì)黏土、圓礫、強(qiáng)風(fēng)化礫巖。（1）雜填土①：雜色，稍濕，松散～稍密，成分主要為粉質(zhì)黏土和磚塊砼塊，回填不均勻，欠固結(jié)，堆填時(shí)間大于10年。（2）粉質(zhì)黏土③：褐黃色，硬塑狀，為沖積成因，局部砂質(zhì)含量較多，主要為細(xì)砂。（3）圓礫④：黃褐色，飽和，中密，主要成分為石英、長(zhǎng)石等，磨圓度較好，多呈圓狀、少量次圓狀，為沖積成因。（4）強(qiáng)風(fēng)化礫巖：褐紅色，局部可見(jiàn)礫狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)較差，礫石主要為石英、砂巖、板巖、硅質(zhì)巖等，亞圓狀，風(fēng)化裂隙發(fā)育，多呈礫石顆粒狀、碎塊狀，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。巖土體與支護(hù)材料計(jì)算參數(shù)表如表1所示。

表1 巖土體與支護(hù)材料計(jì)算參數(shù)表

2 基坑治理方案

該基坑采用雙排樁進(jìn)行支護(hù)，前、后排樁采用C30混凝土，斷面形式為圓形，直徑D=1.2m，樁長(zhǎng)為15.8m，嵌入強(qiáng)風(fēng)化礫巖不小于4m，樁間距為1.8m，樁排距為2.4m，噴射混凝土面層采用C20混凝土，厚度100mm，如圖1所示。

圖1 雙排樁支護(hù)設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

3 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

3.1 雙排樁計(jì)算模型選擇

雙排樁的計(jì)算模型復(fù)雜，特別是樁間土對(duì)前后排樁的影響難以確定?，F(xiàn)行規(guī)范采用荷載結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為樁后土體的主動(dòng)土壓力直接作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上，坑底以下土體視為彈性地基，在樁上設(shè)置一系列連續(xù)但是不相關(guān)的土彈簧模擬被動(dòng)土壓力，樁間土通過(guò)土彈簧連接前后排樁形成整體，被動(dòng)土壓力區(qū)和樁間土的土彈簧通過(guò)各地層的地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)確定，計(jì)算模型如圖2所示。地層結(jié)構(gòu)法認(rèn)為支護(hù)結(jié)構(gòu)和地層是共同受力的統(tǒng)一整體，在滿足變形協(xié)調(diào)條件的前提下分別計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)和地層的內(nèi)力，用以評(píng)價(jià)支護(hù)結(jié)構(gòu)和地層的穩(wěn)定性，計(jì)算模型如圖3所示。

圖2 荷載結(jié)構(gòu)模型（規(guī)范法）

圖3 地層結(jié)構(gòu)模型

文章利用有限元分析軟件MIDAS進(jìn)行了荷載結(jié)構(gòu)法、地層結(jié)構(gòu)法的建模分析，同時(shí)采用理正深基坑進(jìn)行了規(guī)范推薦方法的計(jì)算，通過(guò)不同計(jì)算方法對(duì)水平位移和支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的對(duì)比分析，評(píng)價(jià)雙排樁支護(hù)體系的安全性及其對(duì)周邊土體的影響。

3.2 水平位移對(duì)比分析

基坑頂水平位移能反映基坑的穩(wěn)定性和對(duì)周邊市政管網(wǎng)的影響，通過(guò)不同計(jì)算模型的對(duì)比，探討各模型計(jì)算結(jié)果的差異，如圖4～圖6所示。水平位移與位移差異幅度如表2所示。

圖4 荷載結(jié)構(gòu)法水平位移（單位：mm）

圖5 規(guī)范法水平位移（單位：mm）

圖6 地層結(jié)構(gòu)法水平位移（單位：mm）

表2 水平位移與位移差異幅度表

由圖4～圖6和表2可以看出，支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大位移出現(xiàn)在支護(hù)樁的樁頂，各模型的計(jì)算值均滿足位移規(guī)范的要求，且對(duì)周邊市政管網(wǎng)的影響較?。坏貙咏Y(jié)構(gòu)法較規(guī)范法（荷載結(jié)構(gòu)法）水平位移小的原因在于其考慮了樁土協(xié)調(diào)作用，同時(shí)規(guī)范偏安全考慮，進(jìn)一步確保了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性。

3.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力對(duì)比分析

通過(guò)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩進(jìn)行分析，合理確定雙排樁的截面尺寸、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和配筋方式，如圖7～圖9所示。彎矩與彎矩差異幅度如表3所示。

由圖7～圖9和表3可以看出，由于荷載結(jié)構(gòu)法和地層結(jié)構(gòu)法計(jì)算模型的差異，雙排樁懸臂端最大彎矩的出現(xiàn)位置略有差異，但大致來(lái)看彎矩峰值出現(xiàn)在樁頂位置，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)樁頂與連系梁連接處的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，滿足錨固長(zhǎng)度的要求。由于受到坑底被動(dòng)土區(qū)的約束，雙排支護(hù)樁出現(xiàn)反彎點(diǎn)，基坑底以下2m位置處出現(xiàn)反向的彎矩峰值，同時(shí)地層結(jié)構(gòu)模型產(chǎn)生的彎矩較規(guī)范法略小的原因也是其考慮了樁土協(xié)調(diào)作用。

圖7 荷載結(jié)構(gòu)法彎矩（單位：kN·m）

圖8 規(guī)范法彎矩（單位：kN·m）

圖9 地層結(jié)構(gòu)法彎矩（單位：kN·m）

表3 彎矩與彎矩差異幅度表

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）地層結(jié)構(gòu)法考慮了支護(hù)結(jié)構(gòu)和地層滿足變形協(xié)調(diào)條件，是共同受力的統(tǒng)一整體，水平位移和內(nèi)力值均比荷載結(jié)構(gòu)法小。（2）雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求，對(duì)周邊市政管網(wǎng)的影響較小。（3）雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)懸臂端樁頂位置出現(xiàn)彎矩峰值，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)樁頂與連系梁連接處的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，滿足錨固長(zhǎng)度的要求。