带墩双排桩在基坑开挖中的应用范文

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《广东土木与建筑杂志》2014年第七期

1三维有限元模型的建立

1.1基本情况基坑的平面开挖尺寸约350m×150m，挖深6.55~6.95m。考虑基坑开挖对周围土体的扰动，其三维模型取600m×400m×30m的区域，上部为自由边界，底部全约束，各侧边限制向基坑方向的水平位移，三维有限元模型共有15573个单元，14175个节点，如图3所示。

1.2基本假定该模型建立的基本假定主要如下：①土体本构模型采用莫尔-库仑本构模型；②由于基坑支护体系中支护桩数量庞大，并考虑到所讨论的重点为墩对双排桩支护结构的开挖性状影响，为简单起见，在三维有限元整体分析中，排桩按抗弯刚度相等转换为具有一定厚度的等效连续墙。（D为支护桩直径，b为排桩的计算宽度）；③假定各土层都为成层均质水平分布；④不考虑地下水在基坑开挖过程中的影响；⑤不考虑开挖过程中的时间因素。

2模型模拟结果分析

2.1墩距对双排桩支护结构水平位移的影响带墩双排桩的墩距对支护结构水平位移的影响如图4所示。可见，带墩双排桩支护结构的水平位移要小于常规双排桩支护结构，且两种形式双排桩的变形特性及最大水平位移出现的部位也不相同。常规双排桩支护结构由于角部效应的存在，最大水平位移出现在基坑长边的中部，变形形状近似于承受均布荷载的单跨简支板（如图4a）；而带墩双排桩支护结构由于竖向刚性墩的存在，使其近似形成以墩为支座的多跨连续板，从而可有效地减少支护结构的水平位移，最大值出现在基坑北侧墩距最大的跨中（如图4b）。对于相同的断面x-x′，带墩双排桩最大水平位移出现在坑底附近，而常规双排桩最大水平位移则出现在坑顶。因此，墩对双排桩支护结构的水平位移有重大影响，墩距与支护结构最大水平位移的关系如图5。可见，当墩距大于60m时，支护结构的水平位移迅速增大，当墩距为90m时，带墩双排桩支护结构的最大水平位移已很接近常规双排桩支护结构，因此带墩双排桩支护结构的墩距不宜大于60m。

2.2墩尺寸对双排桩支护结构水平位移的影响当墩距为60m时，带墩双排桩的墩尺寸对支护结构水平位移的影响如图6，可见当墩自身平面尺寸b•h大于8m×4m时，墩对支护结构的位移有良好的约束效果；当b•h=4m×4m时，由于墩自身刚度的减小，此时支护结构的最大位移及其形态均与常规双排桩相似，墩对支护结构位移的约束已无明显效果。因此带墩双排桩支护结构的墩尺寸不宜小于8m×4m。

3监测结果分析

根据图4~6的分析结果，并考虑实际上墩与双排桩支护结构并非完全刚性连接，佛山某基坑的墩距选定为60m，墩尺寸选定为8m×4m。在双排桩支护结构同一断面的前、后排桩在分别设置了测斜管（编号为CX11、CX12，如图1），提取三维有限元模型与测斜管相同位置的支护桩水平位移曲线与监测结果进行对比，如图7所示。可见，前排桩最大水平位移计算值为26.4mm，监测值为31.1mm；后排桩最大水平位移计算值为26.6mm，监测值为32.0mm；监测值均大于计算值。在有限元模型模拟中，由支护桩以及扩阔的桩顶盖板构成的墩与后排桩全桩长范围刚性连接，使悬臂双排桩支护结构形成有效的多跨连续板，有利于对支护结构位移的约束；实际上墩与后排桩并非完全刚性连接而是通过扩阔的桩顶盖板与前后排桩相互连接，共同形成桩土相互作用十分复杂的空间组合支护结构，由此导致带墩双排桩的水平位移监测值比计算值大，且最大位移差值出现在开挖面以上的后排桩。分析前后排桩的位移曲线，前排桩桩顶存在一个明显的约束，而后排桩对前排桩产生一个类似于“推动”的作用，体现为前排桩的桩顶位移较后排桩的略小，桩顶盖板呈压缩状态。

4结论

通过带墩双排桩在基坑开挖中的三维有限元分析，得到不同墩距和墩尺寸情况下双排桩支护结构水平位移的分布，主要结论如下：

4.1带墩双排桩支护结构的位移比常规双排桩支护结构的水平位移小，且两种形式双排桩的变形特性及最大位移出现的部位也不相同；常规双排桩支护结构最大位移出现在基坑长边中部，带墩双排桩支护结构最大位移出现在两墩间的中部。

4.2墩距对双排桩支护结构的位移控制有重要影响。当墩距小于60m时，墩对支护结构的位移约束有较好效果；当墩距大于60m时，支护结构的位移迅速增大；当墩距为90m时，带墩双排桩支护结构的位移与常规双排桩支护结构的位移已接近一致。因此，对于带墩双排桩支护结构，墩距不宜大于60m。

4.3墩尺寸对双排桩支护结构的位移控制有重要影响。当墩自身平面尺寸b•h大于8m×4m时，墩对支护结构的位移有良好的约束效果；当b•h=4m×4m时，由于墩自身刚度的减小，此时支护结构的位移值与位移形态均与常规双排桩相似，墩对支护结构位移的约束已无明显效果。因此，对于带墩双排桩支护结构，墩尺寸不宜小于8m×4m。

作者：苏玉英单位：广东省重工建筑设计院有限公司