浅谈深基坑双排桩支护结构设计计算方法

浅谈深基坑双排桩支护结构设计计算方法

本文通过对深基坑双排桩支护结构的特点进行了详细的分析，然后对双排桩支护结构计算方法展开充分细致的研究，希冀通过本文的研究能够对相关的工程提供一定的借鉴与帮助。

标签：深基坑;双排桩;计算方法

随着城市人口密度的不断增加和城市建设的不断发展，合理开发利用地下空间是城市可持续发展的要求。中国主要城市的高层建筑和超高层建筑、地下商场、地下铁道、地下仓库、地下人防工程等都在大量的建设中，可能涉及到深基坑工程。深基坑工程的突出特点是其设计和施工不仅要保证其自身的技术合理性和安全性，而且要控制其施工对环境的影响。由于中国深基坑工程发展历史较短，理论研究、设计方法、施工经验、施工管理、监测手段等方面还不够完善。工程经验不能满足基坑深度、规模和难度快速发展带来的挑战。近年来，中国出现了一些基坑工程事件，深基坑施工对环境造成了很大的影响。双排桩支护结构是一种新型的支护结构，由于其具有较大的侧向刚度，能够有效地防止支护结构变形，符合工程建筑加固的需要，逐渐成为深基坑支护结构的优先选择。然而现在双排桩支护结构设计计算方法还不成熟，计算模型都难以反映结构实际受力特点，因此对此的研究具有重要意义。

1、深基坑双排桩支护结构的特点

1.1深基坑工程的大特点

基坑支护体系是一种安全储备小、风险高的临时性基坑支护体系。基坑支护结构的作用复杂基坑开挖深度越来越深，规模越来越大，造价越来越高。基坑工程具有较强的地域性和个性。基坑是一个系统工程，具有很强的综合性。基坑工程具有很强的时空效应。

1.2双排桩支护结构及其特点

双排桩是一种新型的支护结构。在排桩形式上，双排桩支护结构将原来密集的单排桩中的部分桩向后移动一定距离，从J山形成两排平行的钢筋混凝土桩，在桩顶用刚性连梁将排桩连接在一起，超静定空间门式刚架结构总是沿基坑的长度力形成的。加固后桩间土可以起到比水的作用。根据桩的不同用途，一般可分为双排圆形桩结构和双排板式结构。

双排桩支护结构有效地利用了各组合构件良好的力学性能，比单排桩具有更大的侧向刚度，与支护结构相比能有效地防止桩的变形，并具有良好的力学性能，从而提高了支护结构的稳定性自身和整体刚度。

2、双排桩支护结构研究现状

基坑是一个二维空间结构体系，其支护体系的应力分析和设计非常复杂，不能满足尺寸精度的分析计算，基坑工程的空间效应、时效效应和尺寸效应不能得到充分的分析。此外，在基坑施工中，周围环境会引起沉降、侧向位置等，特别是在软土地区，基坑支护的设计理念从强度变化和变形的预防，强度控制的设计理念不能满足深基坑工程设计的需要。中国的深基坑工程在20世纪80年代开始逐渐发展，随着高层建筑的不断涌现和相应的基础埋深的加深，基坑开挖的深度也随之增加，因此对深基坑变形进行了深入的研究。

3、双排桩支护结构计算方法

3.1力的计算一种基于经典土压力的方法

双排桩支护结构中，后承桩改变了土滑移裂缝的形式，土压力’的分布与单承桩不同，如图3.1所示。

根据极限平衡理论每延米前后排间土体的总重w为：

主动土压力Ea为：

主动土压分布强度为：

式中：γ为土的重度;b为前排桩与后排桩的距离;Z为计算点深度;η为滑动破坏面与水平面夹角;为土的内摩擦角。

3.2基于土拱理论的计算方法

以土拱理论为基础，分析了桩间土对前后排桩的影响，以支护土为边界，采用土拱理论计算了滑动裂缝上方的应力分析，采用土抗力法分析了滑动裂缝下方的应力分析。在这种计算方法中，双排桩中的前从桩土压力包括桩后土产生的直接土压力和相邻的从桩土产生的间接土压力两部分。同样，管桩的土压力可分为直接土压力和间接土压力。

式中：K。为朗肯土压力理论的侧压力系数;q。为地面超载;h为计算点到地表的距离;B为土拱拱角宽度;Kw为侧土的侧压力系数。

该方法将双排桩的截面视为结构力学中的门式刚架，分为前后排桩的前排桩和连接梁两部分。然后，根据前、后公务员桩的土压力，分别建立了压差，加上桩端集中剪力和集中弯矩为零的条件，利用变形预防与内力的关系，共同求解桩顶的内力和位移，进而计算整个双排桩结构的位移和内力。该模型将桩间土压力看作是侧向被约束的无限长土体，桩间土的侧压力可以根据平面问题的物理力一程建立：

式中：P一一桩间土侧向土压力;

γ一一桩间土的容重; 以一一泊松比;

Z一一地表到土压力计算点的距离。

至于基底以下桩体受水平向的土压力，采用Winkler地基模型来计算：

式中：Px一一基底以下桩体受到的侧向土压力强度;

b一一桩的计算宽度;

Cy.一一桩间土的侧向基床系数（常用“m”法）;

x一一桩身的侧向位移。

3.3各种计算力的优缺点一种方法

土压力的经典计算方法之一是假定双排桩的土压力等于某一种经典土压力或在经典土压力的基础上乘以修正系数，计算双排桩支护结构的变形和内力。该方法概念清晰，计算简单。然而，经典的土压力法和双排桩支护结构是实用的，受力不尽相同，所以计算结果往往不准确。

在土拱理论的基础上，力的计算方法一引入“土拱效应”理论，将土压力分为土拱传递的直接土压力和间接土压力，与实际情况较为接近，但力一法没有考慮前后桩间土对后桩的影响。

结论：

双排桩支护结构作为一种新型的支护形式，具有较大的侧向刚度}自j，能有效地防止结构变形，且支护结构的深度比一般支护结构深，缩短了施工周期，具有良好的整体稳定性，满足工程实际需要，在基坑施工中取得了良好的效果。然而，深基坑双排桩支护结构的形式和机理比单排桩的形式复杂得多，因此找到一种更为合理的计算方法是非常重要的。介绍了一种常用的计算力的方法，有助于深基坑双排桩支护结构的应力分析计算。希望该成果能应用于实际工程设计。

参考文献：

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[4]赵明华.土压力与地基基础[M].武汉：武汉理工大学出版社，2003