所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:215
副标题#e#
摘要：结合工程实例，分析了双排桩支护系统的力学特性，其中考虑了土压力空间效益以及双排桩中冠梁的约束作用。对计算结果和实测进行了对比分析，结果表明该计算方法能得到比较有效的结果，同时，也证明了矩形双排桩深基坑支护系统的优越性。
关键词：深基坑；矩形双排桩；冠梁；空间效益；约束
1实例工程概况
1.1实例工程基本情况
武汉某工程，32层（住宅）和24层（写字楼）双塔楼，底部四层商场，地下2层，地下一层为汽车库，地下2层主要为设备用房，地下战时为人防用房。32层为框支剪力墙结构，四层以上为剪力墙在第四层采用转换大梁；24层为框架剪力墙结构。两塔楼呈对角布置，对角线为由南西至东北，该建筑占地约3000平方米，东西长约62米，南北长约47米，西北角为弧线型，西边比东边长约12米，北线平齐，南线在中部退12米直至东面。基坑深约8.3米，10米以上土质：地表有约2-3米的杂填土，其下是粘土，10米以下是厚度12米左右的老粘土，老粘土下是风化岩。根据勘察报告，地层结构及各层土的物理力学指标见表1。
基坑北面采用双排钻孔灌注桩，桩坎入老粘土约6米，在桩口采用冠梁，在基坑转角处采用加腋加固角部，南面中部设置坡道可从地表面到坑底。北面采用双排钻孔灌注桩加固，主要原因是因为面长且北桩过去8米就是城市主干道，需要确保道路以及道路地下管线设施，因此用双排钻孔灌注桩加固方案。
表1各层土的物理力学指标
土层名称 γ/kn.m-3 c/kpa φ/º E/Mpa 土层厚度/m
杂填土 17.2 10.0 10.0 4.31 0.86
粉质粘土 19.6 20.5 23.4 6.11 3.62
砂质粘土 19.3 17.1 29.6 6.49 3.62
粉质粘土 18.2 20.3 8.6 5.43 4.18
粘土 19.2 65 14.6 6.45 2.04
粉土 20.3 22 20 13 8
1.2实例工程双排桩设计参数
基坑支护结构采用矩形形排列的双排钻孔灌注桩（图1），桩顶设置冠梁，桩顶位于自然地面下2m。基坑围护结构主要设计参数是：(1)双排桩，桩径600mm，桩长l6．65m，排间距1200mm，混凝土标号为C25，钢筋笼主筋为12ф25，设计桩根数146根；(2)冠梁，宽2m，厚620mm，混凝土标号C30。
图1双排钻孔灌注桩示意图
2实例工程计算模型
2．1土压力的空间效应
由于两侧坑壁对中间土体的约束作用，作用在支护结构上的土压力随着距坑角的距离的减小而减小，其分布形式在距离坑角B范围内假定为抛物线，如图2所示。土压力空间效益的影响范围B=,土压力空间效应影响系数为：
图2土压力空间分布形式&#p#副标题#e#nbsp;
2.2冠梁对双排桩的约束作用
本文中介绍的计算方法，考虑了冠梁对双排桩的约束作用。冠梁的空间协调作用在双排桩支护结构中的作用是明显的，对于整个双排桩支护结构的稳定性起到重要的作用，计算模型中考虑冠梁的空间协调作用是必要的。为了在计算模型中便于实现，在此将冠梁的作用分解为两个部分，一是协调前后排桩桩顶的位移，假定为联系前后排桩桩顶的刚性梁；二是空间变形协调作用假定为在双排桩刚架结构顶端的水平支撑。
基本假设：(1)冠梁只发生平动，不发生转动，冠梁的空间作用部分转化为水平支撑弹簧。(2)冠梁对前后排桩的联系作用假定为刚性梁，与前后排桩桩顶刚性连接。(3)桩底嵌固。
弹性地基梁法是现行规范推荐的，其最大优点是能够考虑土与结构的相互作用。考虑到滑移面的存在使得桩间土作用在前后桩体上的土压力存在差异，针对双排桩通常的工作状态提出一种双排桩弹性地基梁法计算模型，如图3（a)所示。
土压力分布情况：前排桩土压力在坑底以上呈三角形分布，最大值为PA，可由式(2)求得，坑底以下桩问土作用与前排桩上的土压力呈矩形分布；后排桩桩后侧主动区土压力在以上呈三角形分布，最大值为PB，可由式(3)求得，在以下至桩底呈矩形分布，为按库仑土压力理论确定的滑移面与后排桩相交处的深度。基坑内侧土体对前排桩的抗力用土弹簧来模拟，桩间土深度以下土体对后排桩的抗力也用土弹簧来模拟，前后排桩桩体视为竖直放置的弹性地基梁，地基基床系数按“m”法来确定：
K=mZ（1）
前桩土压力：
（2）
后桩土压力：
（3）
（4）
（5）
（6）
式中：为主动土压力系数；为土压力空间效应影响系数；H为基坑深度；q为作用后排桩桩外土体表面的附加荷载；为比例系数，按后排桩靠基坑侧滑动土体占整个滑动土体的重量比例确定。需要说明的是对于粘性土，在计算和时，内摩擦角应该用等效摩擦角D来代替。
（a）
（b）
图3双排桩弹性地基梁法计算模型
双排桩排距L的大小直接影响到作用在前后排桩上的土压力的分配关系。当双排桩的排距大于时，双排桩支护结构类似于拉锚结构，如图3(b)所示，此时=1。这也就意味着在排距L己经确定的基坑开挖过程中，当开挖深度小于时，滑移面在前后桩体之间，此时主要是前排桩起到挡土作用；当开挖深度大于时，此时的前后桩体才共同承担挡土作用。
笔者借助于MATLAB软件，针对上述计算模型，采用了梁单元和winkle地基梁单元，编制了适合于工程设计计算的双排桩弹性地基梁有限元计算程序。
3实例工程计算结果跟实测结果比较分析
为了对双排桩支护结构进行研究，在工程进行过程中，采用了信息化施工技术，对主要部位的双排桩桩体的深层位移和冠梁的钢筋应力进行监测，取得了有价值的实测资料。
基坑北侧在开挖到设计深度8.3m后，对基坑进行了现场实测，图4给出了此时的实测前、后排桩的位移和计算得到的前、后排桩位移曲线。可以看出，计算得到的前排桩的位移与实测吻合的比较好，差值在1O％以内，趋势基本一致；后排桩的计算结果略有偏差，其原因可能是计算过程中将前后桩体简化为刚性连接，并认为有相同的位移而忽略了梅花形排列的前后桩桩项的位移差所引起的。
图4前、后排桩位移计算值和实测值比较
4实例工程基坑支护效果评价
经过两个多月的施工，该深基坑支护工程全部完工，通过验收。如今，大厦已投入使用，事实证明，这一设计方案是成功的。
1)本工程#p#副标题#e#采用双排悬臂桩支护形式，既保证了邻近确保道路以及道路地下管线设施的安全，又缩短了工期，降低了工程造价。实践证明，双排支护桩在基坑支护中具有位移小、弯矩小、工期快、施工方便的特点。
2)将双排桩简化为门式刚架结构，同时考虑冠梁对双排桩的约束作用，计算其内力与嵌固深度，支护结构的稳定性验算表明该简化模型简便可行。
3)由于目前对双排桩的受力机理还有待于进一步研究，对双排桩的土压力传递模式和计算方法还有不同的看法和观点，所以现场的测试和测量工作显得十分重要。
参考文献：
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