有限元法深基坑雙排高低樁支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析.pdf

1、　　近些年來(lái)，有一種新支護(hù)體系廣泛應(yīng)用于深基坑工程中，這就是雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。它是在單排懸臂樁支護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上新開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)，具有施工方便、側(cè)向剛度大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，仍屬于懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)類型。
　　由于雙排樁工作機(jī)理相對(duì)復(fù)雜，人們對(duì)其作用機(jī)理的了解程度還不夠完善。在基坑設(shè)計(jì)中已經(jīng)有好多人采用了雙排樁支護(hù)，該支護(hù)方法雖然在基坑規(guī)范中沒(méi)有，但在實(shí)際工程中經(jīng)常使用。而在論證時(shí)，設(shè)計(jì)人員往往不能拿出一個(gè)令人信服的計(jì)算書(shū)，對(duì)變形計(jì)算更

2、是千奇百怪，因此還有很大研究空間。
　　在雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的改良過(guò)程中，出現(xiàn)了一種新的雙排樁支護(hù)形式。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)通過(guò)降低前排樁，使前排樁體在樁長(zhǎng)不變的情況下有更大的埋深，后排樁體用冠梁連接，前排樁頂與后排樁身用承臺(tái)連接，并在后排樁冠梁與承臺(tái)之間加設(shè)斜撐，本文稱之為高低雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。針對(duì)這種雙排高低樁結(jié)構(gòu)的支護(hù)形式，本文以天津奧體中心深基坑工程作為基本算例，利用 ANSYS有限元分析軟件，取基坑的一部分建立模型，計(jì)算分析。最后

3、通過(guò)計(jì)算結(jié)果來(lái)分析這種支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與支護(hù)原理。然后，通過(guò)改變單個(gè)因素來(lái)進(jìn)一步研究后排樁長(zhǎng)度，樁間距，斜撐剛度，排距，樁體剛度，冠梁及承臺(tái)剛度，前后排樁比例等因素對(duì)雙排高低樁支護(hù)效果的影響。
　　本文得出的主要結(jié)論如下：
　　1. 坑底塑性隆起：靠近坑壁處塑性隆起量最小，由坑壁向基坑中心處逐漸增大，越遠(yuǎn)離坑壁隆起量的增量越不明顯，基坑正中心處的隆起量最大。隨著開(kāi)挖的一步步進(jìn)行，基坑底部的最大隆起量在逐漸增大。 <

4、br>　　2. 支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移：樁頂與樁底側(cè)向位移量較小，樁體中間部分位移量較大。前后排樁的位移變化趨勢(shì)基本上是一致的，隨著基坑開(kāi)挖，最大側(cè)向位移逐漸下移，承臺(tái)與斜撐的存在，限制了樁頂位移量，前排樁的存在，有效地限制了后排樁的位移，整體上滿足穩(wěn)定要求。
　　3. 樁后土體側(cè)向位移：樁后土體的位移與支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移有一定關(guān)系，其沿基坑深度的分布與樁體水平位移的曲線形狀類似，在排樁底標(biāo)高位置位移趨勢(shì)發(fā)生突變。由于支護(hù)結(jié)構(gòu)的存在，

5、有效地限制了樁后土體的側(cè)向位移，且距離基坑越遠(yuǎn)，坑后土體的側(cè)向位移就越不明顯。
　　4. 支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力：基坑逐步開(kāi)挖，導(dǎo)致后排樁的樁后土壓力逐步減小，由于樁 與樁間土的共同作用，在完成承臺(tái)與斜撐后，樁間土與后排樁共同受力共同變形，因此從工況2到工況4之間，作用在前后排樁上的樁間土壓力幾乎沒(méi)有變化。由于前排樁向坑內(nèi)有一定的位移，且由于開(kāi)挖面卸載作用的原因，其豎向應(yīng)力減小，從而導(dǎo)致水平應(yīng)力減小，因此隨著開(kāi)挖的進(jìn)行，前排樁樁前

6、土壓力有所增大，但仍遠(yuǎn)小于被動(dòng)土壓力。
　　5. 樁體應(yīng)力：后排樁彎矩最大點(diǎn)發(fā)生在前后排樁間承臺(tái)處，彎矩的反彎點(diǎn)發(fā)生于樁體根部，反彎點(diǎn)以上，右側(cè)受拉。前排樁最大彎矩點(diǎn)發(fā)生于樁頂至基坑開(kāi)挖面之間，應(yīng)力分布連續(xù)，彎矩的反彎點(diǎn)發(fā)生在開(kāi)挖面以下5.6m處，反彎點(diǎn)以上右側(cè)受拉。
　　6. 對(duì)于土體塑性區(qū)域：隨著基坑的一步步開(kāi)挖，導(dǎo)致土體因剪切變形產(chǎn)生的塑性區(qū)域在不斷擴(kuò)大，主要集中于前排樁前開(kāi)挖面以下。對(duì)樁前被動(dòng)區(qū)土體采取換填、

7、強(qiáng)夯等加固措施，可以控制土體的塑性變形。
　　7. 在相同的施工條件下，等高門架式雙排樁作用于后排樁上的樁后土壓力略有減小，樁間土壓力發(fā)生了變化，其土壓力大小介于靜止土壓力與郎肯主動(dòng)土壓力之間，作用于前排樁上的樁前土壓力峰值有所增大。后排樁的最大應(yīng)力值有所減小，前排樁的應(yīng)力最大值有所增加，前排樁承受了更多的土壓力。等高門架式雙排樁的支護(hù)效果不如雙排高低樁支護(hù)效果理想。在實(shí)際施工過(guò)程中，采用這種降低前排樁與承臺(tái)高度，并在后排樁樁

8、頂與承臺(tái)之間加設(shè)斜撐的施工方法可以有效的控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移量。
　　8. 對(duì)于未設(shè)置斜撐的雙排高低樁支護(hù)結(jié)構(gòu)而言，作用于后排樁上的樁后土壓力有所減小， 樁間土壓力在基坑開(kāi)挖面以上沒(méi)有變化，在基坑開(kāi)挖面以下有所減小，前排樁樁前土壓力在樁體上半部分的變化不大，在樁體下半部分有所減小。其前后排樁應(yīng)力最大值均小于基本算例。在相同的施工條件下，斜撐對(duì)控制樁頂樁身水平位移起到很大作用，在實(shí)際施工過(guò)程中，采用這種在后排樁樁頂與承臺(tái)之間加設(shè)斜

9、撐的施工方法可以有效的控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移量，從而達(dá)到良好的支護(hù)效果。
　　9. 對(duì)于適當(dāng)增加排距后的雙排高低樁支護(hù)結(jié)構(gòu)作用于其后排樁上的樁后土壓力有所增大，樁間土壓力在基坑開(kāi)挖面以上有所減小，在基坑開(kāi)挖面以下有所增大，樁間土壓力的分布形式基本一致，作用于前排樁上的樁前土壓力與算例大體相一致，只是在樁底處土壓力有所增大。其前后排樁應(yīng)力最大值大于基本算例。在合理的范圍內(nèi)適當(dāng)增大排距對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)位移能起到有效的控制作用。
　

10、　10. 適當(dāng)增大后排樁長(zhǎng)度后，作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力與基本算例中結(jié)果本相同，土壓力曲線基本一致，其前后排樁應(yīng)力最大值均小于基本算例。在實(shí)際施工過(guò)程中，出于工程造價(jià)方面的考慮，在滿足整體抗傾覆要求的情況下，一般會(huì)減小后排樁長(zhǎng)度，這對(duì)基坑支護(hù)效果的影響不大。
　　11. 在相同的施工條件下，作用于增大同排樁樁間距后的支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力的計(jì)算結(jié)果與基本算例中結(jié)果相差不大，只是略有減小，土壓力曲線基本一致，說(shuō)明了在適當(dāng)范圍內(nèi)增大樁

11、間距對(duì)基坑穩(wěn)定性影響不大。增大樁間距對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移有一定影響，但如果在合理的范圍內(nèi)增大樁間距，由于冠梁、承臺(tái)的作用，使同一排樁作為一個(gè)整體工作，將不會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成過(guò)大影響。在實(shí)際施工過(guò)程中，可以根據(jù)工程地質(zhì)狀況適當(dāng)?shù)脑黾油艠兜臉堕g距，從而節(jié)省材料，降低工程造價(jià)。
　　12. 在相同的施工條件下，增大斜撐密度后作用于后排樁上的樁后土壓力有所增大，樁間土壓力在基坑開(kāi)挖面以上有所減小，在基坑開(kāi)挖面以下有所增大，樁間

12、土壓力的分布形式基本一致，作用于前排樁上的樁前土壓力與基本算例相比略有減小，由于樁與樁間土共同作用，在一定范圍內(nèi)改變斜撐密度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有一定影響，但影響不大。增大斜撐密度對(duì)控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移有一定效果，但如果適當(dāng)?shù)臏p少斜撐數(shù)量也不會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成過(guò)大影響。在實(shí)際施工過(guò)程中，可以根據(jù)工程實(shí)際情況，在滿足穩(wěn)定性要求的情況下減少斜撐數(shù)量，降低工程造價(jià)。
　　13. 樁體剛度對(duì)支護(hù)效果有明顯的影響，當(dāng)樁身剛度增大時(shí)

13、，樁頂位移與樁身最大位移均有明顯的減小，但其剛度超過(guò)基本算例剛度 1.5 倍時(shí)，其作用效果明顯降低。適當(dāng)?shù)脑黾訕扼w的抗彎剛度的確可以減小樁身位移變形，增強(qiáng)支護(hù)效果，但絕對(duì)不能片面的為了控制位移增大樁身截面面積或改變樁體材料，應(yīng)采用多種方法組合運(yùn)用來(lái)控制樁體側(cè)移。
　　14. 適當(dāng)?shù)脑黾庸诹号c承臺(tái)的抗彎剛度可以減小樁身位移變形，增強(qiáng)支護(hù)效果，但其剛度超過(guò)基本算例剛度2倍時(shí)，其作用效果明顯降低。
　　15. 排距大小對(duì)支