前桩倾斜双排桩基坑支护抗倾覆稳定性计算与分析
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梯井基底开挖深度 ９ ９５ｍꎮ 前排桩倾斜 １５°ꎬ直径
１ｍꎬ间距 １ ５ｍꎬ桩长 ３０ｍꎻ后排直桩直径 １ｍꎬ间距
１ ５ｍꎬ桩长 ３０ｍꎮ 倾斜桩和直桩中心间距 ３ｍꎬ桩顶
均设置 １ ２ｍ × ０ ９ｍ 的冠梁ꎬ并通过 ０ ９ｍ × ０ ９ｍ 的
连梁连接ꎬ如图 ３ 所示ꎮ
涉及地层:①素填土 重度 １８ ５ｋＮ / ｍ ３ ꎬ黏聚力
度情况下的抗倾覆稳定性安全系数ꎬ同时计算垂直双排桩抗倾覆稳定性安全系数并作对比分析ꎬ结果表明:随着嵌
固深度的加大ꎬ倾斜双排桩相比垂直双排桩在各地层中抗倾覆稳定性安全系数总体提升幅度>６０％ꎻ在 ２ ５ｄ ~ ５ｄ 排
距范围内ꎬ随着排距增加ꎬ抗倾覆稳定性安全系数总体提升幅度>８５％ꎻ随着前桩倾斜角度的增加ꎬ各地层抗倾覆稳
桩抗倾覆稳定性安全系数与桩长 的 关 系 如 图 ５ａꎬ
５ｂꎬ５ｃ 所示ꎬ随嵌深加大“ 前斜后直” 倾斜双排桩相
求ꎬ即:
Ｅ ａｋ ａ ａ
≥ Ｋｅ
(１)
式中:Ｋ ｅ 为嵌固稳定安全系数ꎬ对于一、二、三级双
排桩应分别大于 １ ２５ꎬ１ ２ꎬ１ １５ꎻＥ ａｋ ꎬＥ ｐｋ 分别为基
坑外侧主动土压力和基坑内侧被动土压力 ( ｋＮ) ꎬ
Ｅ ｐｋ 根据被动土压力标准值 Ｐ ｐｋ ( ｋＰａ) 计算ꎻａ ａ ꎬａ ｐ 分
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎꎻ ｓｕｐｐｏｒｔｓꎻ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｐｉｌｅｓꎻ ｄｏｕｂｌｅ ｒｏｗ ｐｉｌｅｓꎻ ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙꎻ
ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ
０ 引言
近些年国内进行了软土中无支撑支护技术的
∗中建股份科技研发课题( ＣＳＣＥＣ￣２０２０Ｚ￣３４)
[ 作者简介] 赖国梁ꎬＥＰＣ 业务经理ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｚｓｂ０１２３１２＠ ｓｉｎａ.ｃｏｍ
[ 通信 作 者] 田 野ꎬ 注 册 岩 土 工 程 师ꎬ 硕 士ꎬ Ｅ￣ｍａｉｌ: ２３９９７１９４ ＠
ｑｑ.ｃｏｍ
[ 收稿日期] ２０２０￣０８￣２０
尝试ꎬ为减少支护结构中支撑的使用、延展悬臂式
支护方式的使用范围ꎬ不少学者在直桩的基础上ꎬ
考虑ꎬ桩、冠梁及桩间土按土重简化计算ꎬ因前桩倾
斜造成 的 桩 端 标 高 不 一 致 而 影 响 的 土 压 力 忽 略
不计ꎮ
３ １ 嵌固深度影响
不同土层垂直双排桩及“ 前斜后直” 倾斜双排
图 ３ “ 前斜后直” 倾斜桩支护剖面
足规范要求ꎻ采用“ 前斜后直” 倾斜桩支护时ꎬ按式
(２) 计算得到抗倾覆稳定性安全系数为 １ ５０４ꎮ 计
５５
的影响因素ꎬ按单一土层⑤粉细砂夹粉质黏土、④２
粉质黏土、③淤泥质黏土分别分析“ 前斜后直” 倾斜
双排桩抗倾覆稳定性安全系数与嵌固深度、双排桩
排距、前排桩倾斜角度的关系ꎬ其中淤泥质黏土基
坑开挖深度按 ６ｍ 考虑ꎬ粉质黏土及粉细砂夹粉质
黏土层基坑开挖深度按 ８ｍ 考虑ꎬ前后排桩径 １ｍꎬ
排距 ３ｍꎬ前排桩倾斜角度 １５°ꎬ土压力按水土合算
ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｄｏｕｂｌｅ￣ｒｏｗ ｐｉｌｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ “ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｌｏｐｅ ａｎｄ ｓｔｒａｉｇｈｔ
ｂａｃｋ ｓｌｏｐｅ” ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ. Ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ
但对于倾斜桩的抗倾覆计算却往往被忽略ꎬ容易造
成安全隐患ꎮ
图 １ 双排桩抗倾覆稳定性验算简图
一些学者对双排桩抗倾覆进行了有效的研究ꎬ
如张常光研究了非饱和土刚性挡墙抗倾覆临界深
度ꎬ考虑了基质吸力对抗倾覆的影响ꎻ雷晗研究了
双排桩支护结构的抗倾覆稳定性计算方法ꎬ对规范
中抗倾覆计算方法进行了修改ꎬ并分析支护参数及
相比垂直双排桩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ“ 前斜后直” 倾斜双排桩在同等地
层下ꎬ具有更好的位移控制效果和更大的悬臂无支
撑开挖深度ꎮ 目前ꎬ对于倾斜支护桩的受力机理及
工程设计方法并不十分明确ꎬ相关规范、基坑手册
等并无太 多 关 于 倾 斜 桩 的 理 论 及 设 计 施 工 说 明ꎮ
对于倾斜桩的计算、设计多借助有限元软件进行ꎬ
定性安全系数随角度近似线性增加ꎮ
[ 关键词] 基坑ꎻ支护ꎻ倾斜桩ꎻ双排桩ꎻ抗倾覆稳定性ꎻ安全系数
[ 中图分类号] ＴＵ４７０
[ 文献标识码] Ａ
[ 文章编号] １００２￣８４９８(２０２１)０１￣００５３￣０４
Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ
２. Ｈｕｂｅｉ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ. ｏｆ ＣＣＴＥＢ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬ Ｗｕｈａｎꎬ Ｈｕｂｅｉ ４３００７０ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｒ ｍｏｄｅｌꎬ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｎｔｉ￣
Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｉｎｃｌｉｎｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｒｏｗ Ｐｉｌｅ ｉｎ Ｆｒｏｎｔ
ＬＡＩ Ｇｕｏｌｉａｎｇ１ ꎬ ＴＩＡＮ Ｙｅ１ꎬ２ ꎬ ＤＥＮＧ Ｃｈａｎｇｆｕ１ ꎬ ＣＨＥＮ Ｇｕｏ１ ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｓｏｎｇｂｏ１
(１. Ｇｅｎｅｒａｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ ＣＣＴＥＢ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬ Ｗｕｈａｎꎬ Ｈｕｂｅｉ ４３００６４ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｉｌｔｅｄ ｐｉｌｅꎬ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｏｆ ｔｉｌｔｅｄ ｐｉｌｅ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｄｅｐｔｈꎬ ｒｏｗ ｓｐａｃｉｎｇ ａｎｄ ｔｉｌｔ ａｎｇｌｅ ｗａｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ. Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅꎬ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
倾覆桩间土 Ｇ １ 以及桩前抗倾覆土体 Ｇ ２ ꎬ同时桩间
土自重 Ｇ 至前排桩边缘的水平距离因前桩倾斜而
加大( 见图 ２) ꎬ参考规范双排桩抗倾覆稳定性验算ꎬ
“ 前斜后直” 倾斜双排桩抗倾覆稳定性安全系数按
式(２) 计算ꎮ
(２)
式中: Ｇ １ 为 双 排 桩 前 桩 倾 斜 桩 间 增 加 土 体 自 重
别为外侧主动土压力和内侧被动土压力合力作用
点至双排桩底端的距离( ｍ) ꎻＧ 为双排桩、连梁和桩
间土自重之和( ｋＮ) ꎻａ Ｇ 为双排桩、连梁和桩间土重
心至前排桩边缘的水平距离( ｍ) ꎮ 计算简图如图 １
所示ꎮ
１ ２ 前桩倾斜双排桩抗倾覆计算
“ 前斜后直” 双排桩相比垂直双排桩ꎬ增加了抗
１ １ 行业标准双排桩抗倾覆计算
Ｅ ｐｋ ａ ｐ ＋ Ｇａ Ｇ
≥ Ｋｅ
( ｋＮ) ꎻＧ ２ 为前桩斜面覆土自重 ( ｋＮ) ꎻａ Ｇ１ ꎬａ Ｇ２ 分别
为增加桩间土体自重及前桩斜面覆土自重至前排
桩边缘的水平距离( ｍ) ꎮ
２ 工程概况
武汉市某地块“ 前斜后直” 倾斜桩基坑支护典
型剖面如图 ３ 所示ꎮ 基底开挖深度 ８ ５５ｍꎬ临边电
ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ８５％. Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｌｔ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｐｉｌｅꎬ
ｔｈｅ ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｅａｃｈ ｌａｙｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｌｉｎｅａｒｌｙ.
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ５６ ８％ꎬ ｗｈｉｃｈ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ
ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｓｕｐｐｏｒｔ. Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ａｎｔｉ￣
ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｏｕｂｌｅ ｒｏｗ ｐｉｌｅ ａｇａｉｎｓｔ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｏｒ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ. Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｄｅｐｔｈꎬ ｔｈｅ ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ
岩土参数对抗倾覆的影响ꎻ李松等提出了考虑双排
桩底部作用力及地下水浮力的抗倾覆改进计算方
法ꎮ 上述研究均集中于垂直双排桩支护结构的抗
倾覆研究ꎬ对于“ 前斜后直” 倾斜双排桩这一新型的
支护结构并不涉及ꎮ 本文在已有计算方法或模型
图 ２ 倾斜桩抗倾覆稳定性验算简图
基础上ꎬ探讨“ 前斜后直” 倾斜双排桩支护结构抗倾
２.湖北中建三局建筑工程技术有限责任公司ꎬ湖北 武汉 ４３００７０)
[ 摘要] 参照规范计算方法或模型ꎬ探讨并提出“ 前斜后直” 倾斜双排桩支护结构抗倾覆稳定性计算方法ꎬ通过工程
应用分析表明ꎬ因采取前桩倾斜支护结构ꎬ抗倾覆稳定安全系数提高 ５６ ８％ꎬ显著增加了基坑支护安全ꎮ 为进一步
研究倾斜桩抗倾覆稳定性安全系数影响因素ꎬ分别计算“ 前斜后直” 倾斜双排桩在不同嵌固深度、排距、前桩倾斜角
２０２１ 年 １ 月上
施 工 技 术
第 ５０ 卷 第 １ 期
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
５３
ＤＯＩ: １０ ７６７２ / ｓｇｊｓ２０２１０１００５３
前桩倾斜双排桩基坑支护抗倾覆稳定性计算与分析 ∗
赖国梁１ ꎬ田 野１ꎬ２ ꎬ邓昌福１ ꎬ陈 国１ ꎬ张松波１
(１.中建三局集团有限公司工程总承包公司ꎬ湖北 武汉 ４３００６４ꎻ
覆稳定性计算ꎬ并分析相关影响因素ꎬ以期为倾斜
Ｅ ｐｋ ａ ｐ ＋ Ｇａ Ｇ ＋ Ｇ １ ａ Ｇ１ ＋ Ｇ ２ ａ Ｇ２
桩基坑支护设计与施工提供借鉴ꎮ
Ｅ ａｋ ａ ａ
１ 计算方法
根据 ＪＧＪ１２０—２０１２ « 建筑基坑支护技术规程»
规定ꎬ双排桩嵌固深度 ｌ ｄ 应满 足 抗 倾 覆 稳 定 性 要
研究了各种形式的斜桩工作性状ꎬ相比于直桩支护
技术ꎬ倾斜桩支护技术在桩身位移控制和坑外沉降
控制方面都有着很好的优势ꎮ “ 前斜后直” 倾斜双
排桩是指前排桩按一定角度倾斜、后排桩直立的支
５４
第 ５０ 卷
施工技术
护结构ꎬ与传统双排桩支护结构一样ꎬ由前、后两排
灌注桩、冠梁以及前后排桩之间连梁( 或板) 组成ꎬ
ｃ ＝ １０ｋＰａꎬ内摩擦角 φ ＝ ８°ꎻ②２ 黏土 重度 １９ ４ｋＮ /
ｍ ３ ꎬ黏聚力 ｃ ＝ ３１ｋＰａꎬ内摩擦角 φ ＝ １４ ５°ꎻ③淤泥质
黏土 重度 ＝ １８ ０ｋＮ / ｍ ３ ꎬ黏聚力 ｃ ＝ １２ｋＰａꎬ内摩擦
角 φ ＝ ５ ７°ꎻ④２ 粉质黏土 重度 ２０ ３ｋＮ / ｍ ３ ꎬ黏聚
ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｄｏｕｂｌｅ￣ｒｏｗ ｐｉｌｅ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｌａｙｅｒｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｂｙ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ６０％ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｏｕｂｌｅ￣
ｒｏｗ ｐｉｌｅ. Ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ２ ５ｄ ~ ５ｄ ｒｏｗ ｓｐａｃｉｎｇꎬ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｒｏｗ ｓｐａｃｉｎｇꎬ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ
力 ｃ ＝ ３５ｋＰａꎬ内摩擦角 φ ＝ １５°ꎻ⑤粉细砂夹粉质黏
土 重 度 １９ ６ｋＮ / ｍ ３ ꎬ 黏 聚 力 ｃ ＝ ５ｋＰａꎬ 内 摩 擦 角
φ ＝ ２５°ꎮ
如采用垂直双排桩支护ꎬ根据理正深基坑软件
计算得到的抗倾覆稳定安全系数为 ０ ９５９ꎬ不能满
２０２１ Ｎｏ.１
赖国梁等: 前桩倾斜双排桩基坑支护抗倾覆稳定性计算与分析
１ｍꎬ间距 １ ５ｍꎬ桩长 ３０ｍꎻ后排直桩直径 １ｍꎬ间距
１ ５ｍꎬ桩长 ３０ｍꎮ 倾斜桩和直桩中心间距 ３ｍꎬ桩顶
均设置 １ ２ｍ × ０ ９ｍ 的冠梁ꎬ并通过 ０ ９ｍ × ０ ９ｍ 的
连梁连接ꎬ如图 ３ 所示ꎮ
涉及地层:①素填土 重度 １８ ５ｋＮ / ｍ ３ ꎬ黏聚力
度情况下的抗倾覆稳定性安全系数ꎬ同时计算垂直双排桩抗倾覆稳定性安全系数并作对比分析ꎬ结果表明:随着嵌
固深度的加大ꎬ倾斜双排桩相比垂直双排桩在各地层中抗倾覆稳定性安全系数总体提升幅度>６０％ꎻ在 ２ ５ｄ ~ ５ｄ 排
距范围内ꎬ随着排距增加ꎬ抗倾覆稳定性安全系数总体提升幅度>８５％ꎻ随着前桩倾斜角度的增加ꎬ各地层抗倾覆稳
桩抗倾覆稳定性安全系数与桩长 的 关 系 如 图 ５ａꎬ
５ｂꎬ５ｃ 所示ꎬ随嵌深加大“ 前斜后直” 倾斜双排桩相
求ꎬ即:
Ｅ ａｋ ａ ａ
≥ Ｋｅ
(１)
式中:Ｋ ｅ 为嵌固稳定安全系数ꎬ对于一、二、三级双
排桩应分别大于 １ ２５ꎬ１ ２ꎬ１ １５ꎻＥ ａｋ ꎬＥ ｐｋ 分别为基
坑外侧主动土压力和基坑内侧被动土压力 ( ｋＮ) ꎬ
Ｅ ｐｋ 根据被动土压力标准值 Ｐ ｐｋ ( ｋＰａ) 计算ꎻａ ａ ꎬａ ｐ 分
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎꎻ ｓｕｐｐｏｒｔｓꎻ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｐｉｌｅｓꎻ ｄｏｕｂｌｅ ｒｏｗ ｐｉｌｅｓꎻ ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙꎻ
ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ
０ 引言
近些年国内进行了软土中无支撑支护技术的
∗中建股份科技研发课题( ＣＳＣＥＣ￣２０２０Ｚ￣３４)
[ 作者简介] 赖国梁ꎬＥＰＣ 业务经理ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｚｓｂ０１２３１２＠ ｓｉｎａ.ｃｏｍ
[ 通信 作 者] 田 野ꎬ 注 册 岩 土 工 程 师ꎬ 硕 士ꎬ Ｅ￣ｍａｉｌ: ２３９９７１９４ ＠
ｑｑ.ｃｏｍ
[ 收稿日期] ２０２０￣０８￣２０
尝试ꎬ为减少支护结构中支撑的使用、延展悬臂式
支护方式的使用范围ꎬ不少学者在直桩的基础上ꎬ
考虑ꎬ桩、冠梁及桩间土按土重简化计算ꎬ因前桩倾
斜造成 的 桩 端 标 高 不 一 致 而 影 响 的 土 压 力 忽 略
不计ꎮ
３ １ 嵌固深度影响
不同土层垂直双排桩及“ 前斜后直” 倾斜双排
图 ３ “ 前斜后直” 倾斜桩支护剖面
足规范要求ꎻ采用“ 前斜后直” 倾斜桩支护时ꎬ按式
(２) 计算得到抗倾覆稳定性安全系数为 １ ５０４ꎮ 计
５５
的影响因素ꎬ按单一土层⑤粉细砂夹粉质黏土、④２
粉质黏土、③淤泥质黏土分别分析“ 前斜后直” 倾斜
双排桩抗倾覆稳定性安全系数与嵌固深度、双排桩
排距、前排桩倾斜角度的关系ꎬ其中淤泥质黏土基
坑开挖深度按 ６ｍ 考虑ꎬ粉质黏土及粉细砂夹粉质
黏土层基坑开挖深度按 ８ｍ 考虑ꎬ前后排桩径 １ｍꎬ
排距 ３ｍꎬ前排桩倾斜角度 １５°ꎬ土压力按水土合算
ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｄｏｕｂｌｅ￣ｒｏｗ ｐｉｌｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ “ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｌｏｐｅ ａｎｄ ｓｔｒａｉｇｈｔ
ｂａｃｋ ｓｌｏｐｅ” ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ. Ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ
但对于倾斜桩的抗倾覆计算却往往被忽略ꎬ容易造
成安全隐患ꎮ
图 １ 双排桩抗倾覆稳定性验算简图
一些学者对双排桩抗倾覆进行了有效的研究ꎬ
如张常光研究了非饱和土刚性挡墙抗倾覆临界深
度ꎬ考虑了基质吸力对抗倾覆的影响ꎻ雷晗研究了
双排桩支护结构的抗倾覆稳定性计算方法ꎬ对规范
中抗倾覆计算方法进行了修改ꎬ并分析支护参数及
相比垂直双排桩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ“ 前斜后直” 倾斜双排桩在同等地
层下ꎬ具有更好的位移控制效果和更大的悬臂无支
撑开挖深度ꎮ 目前ꎬ对于倾斜支护桩的受力机理及
工程设计方法并不十分明确ꎬ相关规范、基坑手册
等并无太 多 关 于 倾 斜 桩 的 理 论 及 设 计 施 工 说 明ꎮ
对于倾斜桩的计算、设计多借助有限元软件进行ꎬ
定性安全系数随角度近似线性增加ꎮ
[ 关键词] 基坑ꎻ支护ꎻ倾斜桩ꎻ双排桩ꎻ抗倾覆稳定性ꎻ安全系数
[ 中图分类号] ＴＵ４７０
[ 文献标识码] Ａ
[ 文章编号] １００２￣８４９８(２０２１)０１￣００５３￣０４
Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ
２. Ｈｕｂｅｉ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ. ｏｆ ＣＣＴＥＢ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬ Ｗｕｈａｎꎬ Ｈｕｂｅｉ ４３００７０ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｒ ｍｏｄｅｌꎬ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｎｔｉ￣
Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｉｎｃｌｉｎｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｒｏｗ Ｐｉｌｅ ｉｎ Ｆｒｏｎｔ
ＬＡＩ Ｇｕｏｌｉａｎｇ１ ꎬ ＴＩＡＮ Ｙｅ１ꎬ２ ꎬ ＤＥＮＧ Ｃｈａｎｇｆｕ１ ꎬ ＣＨＥＮ Ｇｕｏ１ ꎬ ＺＨＡＮＧ Ｓｏｎｇｂｏ１
(１. Ｇｅｎｅｒａｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ ＣＣＴＥＢ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬ Ｗｕｈａｎꎬ Ｈｕｂｅｉ ４３００６４ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ
ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｉｌｔｅｄ ｐｉｌｅꎬ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｏｆ ｔｉｌｔｅｄ ｐｉｌｅ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｄｅｐｔｈꎬ ｒｏｗ ｓｐａｃｉｎｇ ａｎｄ ｔｉｌｔ ａｎｇｌｅ ｗａｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ. Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅꎬ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
倾覆桩间土 Ｇ １ 以及桩前抗倾覆土体 Ｇ ２ ꎬ同时桩间
土自重 Ｇ 至前排桩边缘的水平距离因前桩倾斜而
加大( 见图 ２) ꎬ参考规范双排桩抗倾覆稳定性验算ꎬ
“ 前斜后直” 倾斜双排桩抗倾覆稳定性安全系数按
式(２) 计算ꎮ
(２)
式中: Ｇ １ 为 双 排 桩 前 桩 倾 斜 桩 间 增 加 土 体 自 重
别为外侧主动土压力和内侧被动土压力合力作用
点至双排桩底端的距离( ｍ) ꎻＧ 为双排桩、连梁和桩
间土自重之和( ｋＮ) ꎻａ Ｇ 为双排桩、连梁和桩间土重
心至前排桩边缘的水平距离( ｍ) ꎮ 计算简图如图 １
所示ꎮ
１ ２ 前桩倾斜双排桩抗倾覆计算
“ 前斜后直” 双排桩相比垂直双排桩ꎬ增加了抗
１ １ 行业标准双排桩抗倾覆计算
Ｅ ｐｋ ａ ｐ ＋ Ｇａ Ｇ
≥ Ｋｅ
( ｋＮ) ꎻＧ ２ 为前桩斜面覆土自重 ( ｋＮ) ꎻａ Ｇ１ ꎬａ Ｇ２ 分别
为增加桩间土体自重及前桩斜面覆土自重至前排
桩边缘的水平距离( ｍ) ꎮ
２ 工程概况
武汉市某地块“ 前斜后直” 倾斜桩基坑支护典
型剖面如图 ３ 所示ꎮ 基底开挖深度 ８ ５５ｍꎬ临边电
ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ８５％. Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｌｔ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｐｉｌｅꎬ
ｔｈｅ ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｅａｃｈ ｌａｙｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｌｉｎｅａｒｌｙ.
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ５６ ８％ꎬ ｗｈｉｃｈ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ
ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｓｕｐｐｏｒｔ. Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ａｎｔｉ￣
ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｏｕｂｌｅ ｒｏｗ ｐｉｌｅ ａｇａｉｎｓｔ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｏｒ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ. Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｄｅｐｔｈꎬ ｔｈｅ ａｎｔｉ￣ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ
岩土参数对抗倾覆的影响ꎻ李松等提出了考虑双排
桩底部作用力及地下水浮力的抗倾覆改进计算方
法ꎮ 上述研究均集中于垂直双排桩支护结构的抗
倾覆研究ꎬ对于“ 前斜后直” 倾斜双排桩这一新型的
支护结构并不涉及ꎮ 本文在已有计算方法或模型
图 ２ 倾斜桩抗倾覆稳定性验算简图
基础上ꎬ探讨“ 前斜后直” 倾斜双排桩支护结构抗倾
２.湖北中建三局建筑工程技术有限责任公司ꎬ湖北 武汉 ４３００７０)
[ 摘要] 参照规范计算方法或模型ꎬ探讨并提出“ 前斜后直” 倾斜双排桩支护结构抗倾覆稳定性计算方法ꎬ通过工程
应用分析表明ꎬ因采取前桩倾斜支护结构ꎬ抗倾覆稳定安全系数提高 ５６ ８％ꎬ显著增加了基坑支护安全ꎮ 为进一步
研究倾斜桩抗倾覆稳定性安全系数影响因素ꎬ分别计算“ 前斜后直” 倾斜双排桩在不同嵌固深度、排距、前桩倾斜角
２０２１ 年 １ 月上
施 工 技 术
第 ５０ 卷 第 １ 期
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
５３
ＤＯＩ: １０ ７６７２ / ｓｇｊｓ２０２１０１００５３
前桩倾斜双排桩基坑支护抗倾覆稳定性计算与分析 ∗
赖国梁１ ꎬ田 野１ꎬ２ ꎬ邓昌福１ ꎬ陈 国１ ꎬ张松波１
(１.中建三局集团有限公司工程总承包公司ꎬ湖北 武汉 ４３００６４ꎻ
覆稳定性计算ꎬ并分析相关影响因素ꎬ以期为倾斜
Ｅ ｐｋ ａ ｐ ＋ Ｇａ Ｇ ＋ Ｇ １ ａ Ｇ１ ＋ Ｇ ２ ａ Ｇ２
桩基坑支护设计与施工提供借鉴ꎮ
Ｅ ａｋ ａ ａ
１ 计算方法
根据 ＪＧＪ１２０—２０１２ « 建筑基坑支护技术规程»
规定ꎬ双排桩嵌固深度 ｌ ｄ 应满 足 抗 倾 覆 稳 定 性 要
研究了各种形式的斜桩工作性状ꎬ相比于直桩支护
技术ꎬ倾斜桩支护技术在桩身位移控制和坑外沉降
控制方面都有着很好的优势ꎮ “ 前斜后直” 倾斜双
排桩是指前排桩按一定角度倾斜、后排桩直立的支
５４
第 ５０ 卷
施工技术
护结构ꎬ与传统双排桩支护结构一样ꎬ由前、后两排
灌注桩、冠梁以及前后排桩之间连梁( 或板) 组成ꎬ
ｃ ＝ １０ｋＰａꎬ内摩擦角 φ ＝ ８°ꎻ②２ 黏土 重度 １９ ４ｋＮ /
ｍ ３ ꎬ黏聚力 ｃ ＝ ３１ｋＰａꎬ内摩擦角 φ ＝ １４ ５°ꎻ③淤泥质
黏土 重度 ＝ １８ ０ｋＮ / ｍ ３ ꎬ黏聚力 ｃ ＝ １２ｋＰａꎬ内摩擦
角 φ ＝ ５ ７°ꎻ④２ 粉质黏土 重度 ２０ ３ｋＮ / ｍ ３ ꎬ黏聚
ｉｎｃｌｉｎｅｄ ｄｏｕｂｌｅ￣ｒｏｗ ｐｉｌｅ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｌａｙｅｒｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｂｙ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ６０％ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｏｕｂｌｅ￣
ｒｏｗ ｐｉｌｅ. Ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ２ ５ｄ ~ ５ｄ ｒｏｗ ｓｐａｃｉｎｇꎬ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｒｏｗ ｓｐａｃｉｎｇꎬ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ
力 ｃ ＝ ３５ｋＰａꎬ内摩擦角 φ ＝ １５°ꎻ⑤粉细砂夹粉质黏
土 重 度 １９ ６ｋＮ / ｍ ３ ꎬ 黏 聚 力 ｃ ＝ ５ｋＰａꎬ 内 摩 擦 角
φ ＝ ２５°ꎮ
如采用垂直双排桩支护ꎬ根据理正深基坑软件
计算得到的抗倾覆稳定安全系数为 ０ ９５９ꎬ不能满
２０２１ Ｎｏ.１
赖国梁等: 前桩倾斜双排桩基坑支护抗倾覆稳定性计算与分析