双排桩加锚杆支护结构性状分析

王萍萍 王丽彬 贾立舟

由于高层建筑的发展,对基坑支护的安全和有效提出了更严峻的考验,但同时也推动了深基坑支护的日益进步。双排桩支护形式是近来发展的一种新型支护形式。这种支护形式相对于悬臂式单排桩具有侧向刚度大、能有效限制侧向变形;整体稳定性好、节省支撑、便于挖土和缩短施工工期等优点。

在实际工程中,由于某些基坑对侧向变形要求非常严格,仅仅使用双排桩支护就达不到对变形的要求。为了满足变形要求提出了双排桩加锚杆的支护结构。本文计算了两种支护方案下位移、土压力、内力,对双排桩加锚杆的支护方案进行了分析。

1 双排桩支护结构的计算模型

1.1 常见模型

考虑双排桩前后桩的土压力分布情况,桩顶端连梁的铰接和底端的嵌固情况,桩间土对前后排桩的作用,后排桩对滑裂面的影响等情况提出了多种计算模型。这些模型主要分三类:基于经典土压力理论确定的模型;基于Winkle假定的计算模型;基于有限元分析的计算模型。其中经典土压力理论模型张泓等提出的修正系数法、何颐华提出的体积比例系数法、黄强提出的桩间土刚塑性分析法、熊巨华提出的等效抗弯刚度法。Winkle假定的计算模型有刘钊提出的弹性地基梁法。

1.2 本文所用计算软件采用的计算方法

双排桩土压力计算模型如图1所示,考虑桩间土对土压力的传递作用,一般情况下前排桩与后排桩土压力是不同的。前桩上土压力按开挖面确定;后桩的土压力按等效开挖面确定。

1.2.1 桩的等效开挖面深度

1)L0＞L。

其中,H1为后排桩的等效开挖面深度,m;H为基坑的开挖深度,m;L为前后排桩的排距,m;L0为滑动面延伸至地表处到基坑边缘的水平距离,m。

其中,φ为土层的内摩擦角。

等效开挖深度取零,即H1=0。

1.2.2 前、后排桩土压力计算

双排桩计算时按前后排桩各自的等效开挖面计算各自土压力的数值ea,再分别乘以前桩、后桩的分担系数,得到作用在前、后桩上的土压力。按双排桩的布置形式分为以下两种:

1)前后排矩形排列。

前排桩:PA=α ea。

后排桩:PB=(1-α)ea。

2)前后排矩形排列。

前排桩:PA=(1+α)ea。

后排桩:PB=(1-α)ea。

1.2.3 桩的内力计算

嵌固式双排桩结构的内力和位移可按极限平衡法及弹性平衡m法计算。

2 工程概况

某场地拟建23层住宅楼,27层商务办公楼,地下3层。基坑北侧紧邻1层砖砌平房,平房北侧是原有两栋4层厂房、一栋5层厂房。北侧地下车库入口距围墙约2.17 m。基坑东侧为三栋砖混住宅楼。东侧地下室车库出口距基础外边缘仅5.23 m。西南两侧临路。基坑开挖深度为15 m,基坑开挖范围为70m×66m,地下水位6m。

3 分析讨论

利用上述工程实例设计两套支护方案:方案一采用双排桩支护;方案二采用双排桩加锚杆复合支护。双排桩桩长24 m、嵌固深度 9 m、桩排距2.8 m、桩间距 1.2 m。方案二加4道锚杆水平间距为1.2 m;竖向间距分别为3.5 m,3 m,3 m,3 m。通过计算结果对两种方案进行对比得出结果。

3.1 位移情况

基坑开挖13 m时,前后排桩位移图见图2,图3。加入锚杆后后排桩的最大位移发生在桩端,前排桩最大位移在开挖面。相对于单独使用双排桩支护加锚杆后前后排桩位移明显减少。

3.2 土压力情况

基坑开挖 13 m时,前后排桩土压力图见图 4,图5。由于土层参数和开挖深度不变,两种方案的主动土压力不发生变化。受位移减少的影响被动土压力在数值上减少了。

3.3 桩身弯矩情况

基坑开挖13 m时,前后排桩弯矩图见图6,图7。随着开挖深度的增加,锚杆对双排桩内力的影响越来越大。弯矩图的走向没有变化,但加锚杆前后排桩正负弯矩的最大值减少了。

3.4 地表沉降

由图8可以整体的看出双排桩—锚杆复合支护的优越性。

4 结语

1)加锚杆后前后排桩的内力和位移都发生了明显的变化。桩顶位移减少了近3倍。这种新的支护形式可以更有效的控制侧向变形。对基坑变形有严格要求的深基坑或重要工程,支护效果会更加好。2)加锚杆后由于桩身受力变小,土压力发生了变化,土压力的峰值相对减小了。3)锚杆和后排桩共同起到了对前排桩和土体的锚拉作用。由于锚杆的加入分担了后排桩的工作,相应的增加了后排桩的安全储备。4)由于双排桩—锚杆是一种新型的支护结构,对锚杆和双排桩共同受力的机理还不明确。今后的工作中应加强对受力机理的理论和试验研究,以便在今后的工作中这种支护形式更好的发挥作用。

[1]龚晓南,高有潮.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.

[2]余志成,施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.

[3]何颐华,杨 斌,金宝森,等.深基坑护坡桩土压力的工程实测研究[J].土木工程学报,1997(1):25-26.

[4]何颐华,于志成,施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[5]张 弘.深基坑开挖中双排桩支护结构的应用和探讨[J].地基处理,1993(1):12-13.

[6]吴才德,龚迪快,王洁栋.门架加锚杆复合结构在超大基坑中的应用研究[J].岩土工程学报,2006(2):87-88.

[7]夏济洪.浅谈深基坑桩锚支护方案[J].建筑与工程,2009(8):7-8.