本站原创摘 要： 作为一种新型的深基坑支护手段,双排桩自问世以来得到广泛应用.双排桩土压力计算仍然采用库论,而桩间土有不同的计算模型,对于开挖面下排桩与土体之间的作用关系也有不同的检测设.本文在前人的研究成果之上,结合工程实例,借助于FLAC3D数值软件,对比分析规范推荐方法与数值计算内力结果的差异.
关 键 词 ：深基坑；数值法；双排桩；内力
0、引言
双排桩由于门架结构和连梁作用,其刚度大,具有很好的抗弯和限制侧向变形作用.对于双排桩的计算,已有不少专家学者提出了不同的模型,不同的模型其检测设不同,计算结果也不尽相同,有时差异还很大.双排桩争论最大的有以下几点[1]：
1>前后排桩间土压力的计算模型
2>前后排桩间土压力的分配方法
3>前后排桩间内力的传递方式
4>开挖面下土弹簧的范围
5>桩端的约束形式
本文在规范推荐公式计算结果的基础上,结合数值分析方法,对比两种方法的差异性,分析差异结果.
1. 方法对比
1.1 规范法
根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012,后排桩上仍然采用主动土压力,前、后排桩的初始土压力根据排距、桩径、基坑深度确定,桩间土体对桩侧的压力可按系数传递法,将其看作前后排桩上土压力相等,嵌固段桩采用土弹簧.
1.2 有限差分法
根据有限差分理论,将结构和土体离散成单元体和节点,计算过程中力系作用于节点,由边界条件,变量采用差分方程,结果无限逼近近似值.
2. 工程实例
根据勘察结果,某基坑开挖及影响范围内共5层土,采用双排桩支护,开挖深度5.5m,嵌固深度6.5m,排桩直径0.7m,前后排距2.5m,左右桩距1m.土层参数如下：
表一 土层参数表
层号 名称 层厚 重度 浮重度 粘聚力 内摩擦角 压缩模量
m kN/m3 kN/m3 kPa 度 MPa
1.杂填土 1.30 18.5 8.7 5.00 12.00 8.0
2.粘性土 1.10 19.6 9.8 30.0 10.00 9.0
3.细砂 3.20 19.6 9.8 0.00 25.00 16.0
4.粘性土 3.90 19.4 9.6 31.00 10.00 11.0
5.中砂 6.30 20.0 10.2 10.00 24.00 18.0
根据规范推荐方法和FLAC 数值模拟,结合实测值,将结果绘制成图标,其结果如下：
图1 桩身剪力图
根据分析结果可以看出,规范法计算出的最大剪力非常大,远远超过了实测值,这种方法计算过于保守,与实际工程不符；数值分析结果与工程实测剪力数据变化趋势相一致,但是数值分析值比实际值小,造成这种可能的原因可能是土层参数取值与实际值不太相符合.规范法计算出来的前排桩剪力较后排桩大,而实测值和数值分析结果中,前后排桩身剪力总体相差不大.
双排桩中连梁的作用,桩间土的传力方式,嵌固段的约束方式对前后排桩身剪力有很大的影响,而这种影响一般的计算方法无法考虑进去,计算结果会出现较大误差,数值法通过离散作用,很好的将桩土效应结合,有很高的参考价值.
图2 桩身弯矩图
从图中曲线可以看出,规范推荐的方法最大正弯矩值162KN.m,位于桩顶处,在5-6m处有最大负弯矩值；数值法分析结果最大正弯矩值为19KN.m,最大负弯矩值为29KN.m.根据分析结果,数值法得出的最大弯矩远远小于规范法.从图中可以看出,从桩顶往下规范法得出的弯矩值逐渐减小,2.3m以后逐渐增大,6m后减小,数值分析结果正好相反,2.3m以前逐渐增大,2.3m以后前排桩减小,后排桩增大,7m以后增大.
无论是弯矩值大小和变化趋势,规范法和数值法都存在很大的差异性.随着深度增加,作用于桩上的土压力增大,弯矩值也随之增加,根据实际情况和理论分析,个人认为数值法变化趋势更接近于实际.
图3 地表沉降图
对于地表沉降预测,规范法中的抛物线预测法与数值分析结果很相似,三角形法和指数法沉降量较大,且沉降位置与数值法差异较大.根据检测结果,接坑的最大沉降位于1倍开挖深度以外,最大沉降量为11mm,与抛物线法与数值分析结果相近.
图4 地表沉降图
3. 结论
（1）规范推荐的方法总体来说是过于保守,分析方法还不够完善,分析结果与双排桩实际受力情况不太相符合.
（2）对于双排桩的受力机制仍需进一步研究,双排桩中由于连梁的作用,将前后桩形成门架结构,整体性较强,而这种整体性在计算过程中该如何简化成相应模型才能与实际相符,仍然是难点.
（3）对于双排桩后的土压力该如何取值,应结合工程实际,对于深度大、地质条件差、周边情况复杂的基坑,应以主动土压力为主,而嵌固深度大,桩体变形小的工程应以静止土压力为主.
（4）桩间土的传力方式以及传力机制有待完善,个人认为对于不同段的桩间土传力机制是不一样的,主要是桩身变形作用破坏了桩间土结果,使其物理力学性质和完整性破坏.
（5）数值分析能很好地模拟桩土间的相互作用以及桩间土的传力机制,但是数值模拟涉及的参数较多,而这些参数靠简单的试验不能获得满意的结果,因此数值计算还未得到行业界的普遍认可,仍然只能作为设计的参考,随着分析理论的完善,人们对岩土体认识的深入,试验手段的提高,数值法分析会越来越受人们的欢迎.
参考文件
[1] 何亚飞等,双排桩支护结构的计算模型对比分析低温建筑技术,2009,25（1）,109-111
[2] 杨治国等,FLAC-3D软件与理正软件在基坑支护设计中的应用.西安科技学报,2007,27（2）,224-227
[4] 刘国彬,王卫东主编 .基坑工程手册（第二版） 北京：中国建筑工业出版社,2009
作者简介：
第一作者：杨普济（1974-）, 汉, 男,江西上饶 ,硕士,南昌工程学院, 讲师,研究方向：岩土工程
第二作者：张斌（1992-）, 汉, 男,四川资阳 ,本科,南昌工程学院地质工程
第三作者：黄小松（1981-）, 汉, 男,江西抚州,在读硕士,东华理工大学勘察设计研究院,工程师,研究方向：岩土工程